การสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ดว้ ยแสง

นาย ปณิธิ มโนรมย์ ม.5/4 เลขท่ี 3

Carbon Fixation

การตรึงคารบ์ อน

ปฏกิ ิรยิ าทีไ่ ม่ต้องใชแ้ สงเปน็ ปฏิกริ ิยาทเี่ กดิ ภายในสโตรมา
ของคลอโรพลาสต์ โดยเปน็ ปฏกิ ริ ิยาเคมี (Chemical
reaction) โดยปฏิกิรยิ าน้ไี มต่ อ้ งการแสงสว่าง แต่
ต้องการ ATP และ NADPH + H+ (ซง่ึ มีพลังงานศักดส์ิ ูงอยใู่ น
โมเลกุล) จากปฏกิ ิรยิ าที่ต้องใชแ้ สง โดยนามาใชก้ ารตรึง
คารบ์ อนไดออกไซด์ ดังน้นั ปฏิกิริยานจี้ ึงเรียกได้อกี อยา่ งวา่
ปฏกิ ริ ยิ าการตรงึ คาร์บอนไดออกไซด์ ( carbondioxide
fixation )

Carboxylation

คารบ์ อกซิเลชน่ั

เป็นปฏิกิริยาการตรึง CO2 ซง่ึ มี คารบ์ อน ( C ) 1 อะตอมจะ
เขา้ ส่วู ฎั จกั คลั วิน โดยการทาปฏิกิริยากบั ไรบโู ลสบิสฟอสเฟต (
ribulose bisphosphate หรอื RuBP ) ซึ่งมี C 5 อะตอม โดย
มเี อนไซม์รูบสิ โก(rubisco) เปน็ คะตะลสิ ต์ ไดส้ ารประกอบใหม่
ท่มี ี C 6 อะตอม แตเ่ ป็นสารทไ่ี มค่ งตัว และจะเปลยี่ นเป็น
สารประกอบ ฟอสโฟกลเี ซอเรต( phosphoglycerate หรอื
PGA ) ซ่ึงมี 3 อะตอม จานวน 2 โมเลกลุ ซง่ึ ถอื ว่าเป็น
สารประกอบตวั แรกทีค่ งตัวในวฎั จกั รคลั วนิ

Reduction

รดี ักชั่น

ปฏกิ ิริยาขัน้ ที่ 2 รีดักชนั (Reduction) ในขน้ั ตอนนแี้ ตล่ ะ
โมเลกุลของ PGA จะรบั หมูฟอสเฟต(Pi) จาก ATP
กลายเป็น 1,3 บสิ ฟอสโฟกลเี ซอเรต(1,3
bisphosphoglycerate ) ซ่ึงรับอเิ ลคตรอนจาก NADPH
และจะถกู เปลย่ี นไปเปน็
กลีเซอรอลดไี ฮด์ 3-ฟอสเฟต( glyceraldehydes 3-
phosphate ) เรยี กย่อๆว่า G3P หรือ PGAL เปน็ น้าตาลที่
มี 3 อะตอม

Regeneration

รีเจนเนอเรชัน

รเี จนเนอเรชนั ( Regeneration ) G3P ซึ่งเปน็ สารที่มี C 3
อะตอม เปลี่ยนไปเป็น RuBP และข้ันตอนนี้ ตอ้ งอาศัย
พลงั งานจาก ATP จากปฏกิ ริ ิยาแสง ส่วน G3P บางโมเลกลุ
จะถกู นาไปสรา้ งเปน็ นา้ ตาลกลูโคสและสารประกอบอินทรีย์
อืน่ ๆ พชื ท่ีสงั เคราะหด์ ้วยแสงทีม่ สี ารประกอบคงตัวชนดิ แรก
ที่ไดจ้ ากปฏิกริ ยิ าการตรึง CO2 เปน็ สารทม่ี ี C 3 อะตอม
เรียกวา่ พืช C3 ได้แก่ พชื ที่พบเหน็ โดยท่ัวๆไป

C3 Plant

พืช C3

พืช C3 เปน็ พืชที่มีระบบการตรงึ คารบ์ อนไดออกไซด์
ด้วย Calvin cycle เพยี งอย่างเดยี ว จะเหน็ ได้ว่า
ใน Calvin cycle สารอินทรียต์ วั แรกทเ่ี กดิ ขนึ้ จาก
การตรึงคารบ์ อนไดออกไซด์คือ PGA จึงเป็นสารท่ีมี
คาร์บอน 3 อะตอม เราจงึ เรียกพืชกลุ่มน้วี ่า พืช C3

C4 Plant

พืช C4

พชื C4 มักเป็นพชื ทม่ี ีถ่ินกาเนิดในเขตศนู ย์สตู ร เชน่ ข้าวโพด อ้อย และ
บานไม่ร้โู รย พชื กลุ่มนมี้ โี ครงสร้างภายในของใบที่เดน่ ชดั คอื จะมี bundle
sheath cells ที่มีคลอโรพลาสตล์ อ้ มรอบกลุม่ ทอ่ ลาเลยี ง พืชพวกนี้จะมี
การตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ 2 ครัง้ โดยครั้งแรกตรงึ ที่ mesophyll
cell โดยมีตวั มารบั CO2 คือ phosphoenol pyruvate (PEP) ไดเ้ ป็น
สารประกอบคารบ์ อน 4 อะตอม (อนั เป็นที่มาของช่อื ว่า พชื C4) คอื กรด
ออกซาโลเอซิติก (oxaloacetic acid) (OAA) แลว้ ถูกเปล่ียนเป็น malic
acid ก่อนจะเคลือ่ นที่เขา้ สู่ bundle sheath cell เม่อื ถงึ bundle sheath
cell สาร C4 จะถกู เปล่ยี นเป็นสาร C3 + CO2 ในคลอโรพลาสต์ที่ bundle
sheath cell ซึง่ CO2 ก็จะเข้าสู่ Calvin Cycle ต่อไป สว่ นสาร C3 กจ็ ะถูก
นากลบั มายงั mesophyll cell เพ่อื เปลีย่ นเปน็ PEP สาหรับการ
ตรงึ CO2 ครง้ั ตอ่ ไป

CAM Plant

พืช CAM

พืชทมี่ ีการตรึง CO2 แบบ CAM เรียก พชื CAM เปน็ พชื ที่
เจรญิ ไดด้ ีในสภาพแวดล้อมทแ่ี ห้งแลง้ เนื่องจากเวลา
กลางวนั มีอุณหภมู สิ งู ความชน้ื ต่า พืชบรเิ วณน้จี ึงมีการ
ปรบั ตัว โดยปากใบจะปิดในเวลากลางวนั และเปิดในเวลา
กลางคืนเพือ่ ลดการคายนา้ เช่น วา่ นหางจระเข้ กล้วยไม้ กา
ระบองเพชร สัปปะรด โดยในสภาพทีม่ นี า้ ความชืน้ สงู จะตรงึ
CO2 แบบ C3 หากสภาพแวดลอ้ มแหง้ แล้ง ความชนื้ ต่าจะ
ตรงึ CO2 แบบ CAM

Chloroplast

คลอโรพลาสต์

เปน็ ออร์แกแนลทพ่ี บในพชื เป็นพลาสตดิ ทม่ี สี เี ขยี ว
พบเฉพาะในเซลลพ์ ชื และสาหรา่ ย เกอื บทกุ ชนดิ
พลาสติดมเี ยอ่ื หุ้มสองช้นั ภายในโครงสรา้ งพลาสติด
จะมเี มด็ สี หรอื รงควัตถุบรรจุอยู่ ถา้ มีเม็ดสี
คลอโรฟลิ ล์ (chlorophyll) เรยี กวา่ คลอโรพลาสต์

Chlorophyll

คลอโรฟลิ ล์

เปน็ สารประกอบทพ่ี บไดใ้ นสว่ นท่มี สี เี ขยี วของพชื โดยพบมาก
ทใ่ี บของพชื นอกจากน้ียงั พบได้ท่ีแบคทีเรียทีส่ ามารถ
สังเคราะหด์ ว้ ยแสงได้ และยงั พบได้ในสาหรา่ ยเกือบทกุ ชนิด
นอกจากน้ีคลอโรฟิลลท์ าหนา้ ท่ีเป็นโมเลกุลรับพลังงานจาก
แสง และนาพลังงานดังกล่าวไปใชใ้ นการสร้างพลังงานเคมี
โดยกระบวนการสงั เคราะหด์ ว้ ยแสง เพอื่ สรา้ งสารอนิ ทรยี ์
เชน่ นา้ ตาล และนาไปใช้เพื่อการดารงชีวิต [1] คลอโรฟลิ ล์ อยู่
ในโครงสรา้ งทเ่ี รยี กวา่ เยอ่ื หมุ้ ไทลาคอยด์ (thylakoid
membrane) ซ่ึงเปน็ เย่ือหุ้มท่ีอยูภ่ ายใน คลอโรพลาสต์

Carotene

แคโรทีน

เป็นสารเคมที พี่ บมากในผกั ผลไม้ทมี่ ีสแี ดง ส้ม เหลือง และ
เขียว หากร่างกายไดร้ ับสารนีต้ ดิ ต่อกันเป็นเวลา 2 สปั ดาหจ์ ะ
เกิดการสะสมและทาใหต้ บั ทางานหนัก เน่อื งจากต้องขบั สาร
แคโรทนี อยดอ์ อกจากร่างกายอยูต่ ลอดเวลา และจะทาใหผ้ ิว
เปลย่ี นเป็นสเี หลอื งส้มโดยเฉพาะทฝ่ี า่ มือและฝ่าเทา้ ป้องกัน
ไดโ้ ดยเพยี งหยดุ กิน รา่ งกายจะคอ่ ย ๆ ปรับสภาพและกลบั มา
เปน็ ปกติ แคโรทีนเปน็ สารโมเลกุลใหญ่มสี ตู รทางเคมี
C40H56 และมีคุณสมบตั ิเป็นโปรวิตามนิ เอ (provitamin A)

Carotenoid

แคโรทีนอยด์

เปน็ สารประกอบอินทรียส์ เี หลอื ง สม้ และแดงท่ีผลิตโดยพืช
และสาหรา่ ย รวมถึงแบคทีเรยี เห็ดรา และสตั วบ์ างชนิด[1]
เพลย้ี ออ่ นและไรแมงมมุ สามารถสังเคราะหแ์ คโรทนี อยดไ์ ด้
โดยไดร้ บั ความสามารถนี้มาจากเห็ดรา[2] การสงั เคราะห์แค
โรทนี อยดจ์ ะเริ่มทไ่ี อโซเพนเทนลิ ไดฟอสเฟต (IPP) และได
เมทิลแอลลิลไดฟอสเฟต (DMAPP) ซงึ่ มาจากอะซิติลโค
เอนไซม์ เอ หนา้ ทีห่ ลกั ของแคโรทนี อยดใ์ นพืช ไดแ้ ก่ ดูดกลืน
แสงเพอ่ื ใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสง และป้องกันคลอโรฟิลล์
จากการถูกทาลายจากแสงที่มีความเขม้ สูง

Phycobilins

ไฟโคบลิ ิน

เป็นรงควัตถทุ เี่ ปน็ accessory light-harvesting
pigments ทีพ่ บใน cyanobacteria และสาหรา่ ยสแี ดง มี
โครงสร้างเป็น open-chain tetrapyrroles

phycobilins ที่เกยี่ วขอ้ งกบั กระบวนการสังเคราะห์ดว้ ย
แสงทเี่ ปน็ ทท่ี ราบกันโดยท่วั ไปมี 3 ชนิดคอื phycoerythrin
(หรือ phycoerythrobilin) phycocyanin (หรอื
phycocyanobilin) และ allophycocyanin
(allophycocyanobilin) ซ่งึ ทั้งสามชนิดน้ีจะไม่พบในพืช
ช้นั สงู แต่พบเฉพาะใน cyanobacteria และสาหร่ายสีแดง
เท่านั้น

Light absorption

การดูดกลืนแสงของรงควัตถุ

รงควัตถทุ ่ีใชใ้ นกระบวนการสงั เคราะหด์ ว้ ยแสง มี
ความสามารถในการดดู กลนื แสงในชว่ งคลนื่ ต่างๆ
กันแสงธรรมชาติท่ีพบ จะประกอบด้วยแสงที่ช่วง
ความยาวคลน่ื ตา่ งๆ กนั แสงในชว่ งคล่นื ที่เรา
สามารถมองเห็นได้ (visible light) จะอยู่ในชว่ ง
ความยาวคลื่น 400-700 นาโนเมตร

Noncyclic Electron Transfer

การถา่ ยทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็นวัฏ
จกั ร

เป็นการถ่ายทอดผา่ นทัง้ ระบบแสง I และ ระบบแสง II
สารสีใน PSI และ PSII ได้รับการกระตุ้นจากพลังงานแสงพรอ้ มกัน P700
ในระบบแสง I จะถ่ายทอดอิเลก็ ตรอนใหก้ บั Ferridoxin และสง่ ไปยัง
NADP+ ทาให้ P700 ขาดอเิ ลก็ ตรอนซง่ึ ได้รบั ทดแทนจาก Plastocyanin
Plastocyanin จะรับอเิ ล็กตรอนมาจาก PSII มาทดแทนโดย P680 ที่
ได้รบั การกระต้นุ จากพลงั งานแสง และถ่ายทอดอิเล็กตรอนใหก้ ับ
Plastoquinone และสง่ ต่อไปยัง Cytochrome Complex และ
Plastocyanin ตามลาดบั
เมือ่ PSII สูญเสยี อเิ ล็กตรอน จะได้รบั ทดแทนจากปฏกิ ริ ยิ า Photolysis
หรอื Hill Reaction โดยมี Mn2+ และ Cl- เป็นตัวกระต้นุ และมีแสงเป็น
ตัวชว่ ยกระตนุ้ ทางออ้ ม
โปรตอนทีไ่ ดจ้ ากการแตกตวั ของนา้ จะถูกส่งไปรวมกับ NADP+ พรอ้ มกบั
รบั อเิ ลก็ ตรอนมาจาก PSI ได้เป็น NADPH

Cyclic Electron Transfer

การถา่ ยทอดอิเล็กตรอนแบบเปน็ วฏั จักร

- เปน็ การถ่ายทอดอเิ ล็กตรอนในระบบแสง I เพยี งระบบ
เดยี ว
- มีการถ่ายทอดอิเล็กตรอนจาก P700 ไป
ยงั Ferridoxin, Cytochrome Complex,
Plastocyanin และ PSI
- มีการสรา้ ง ATP ผ่านทาง Cytochrome Complex

Photosystem I

ระบบแสง I

ระบบแสง I P700 ทาหนา้ ท่ีรบั พลงั งานแสง ซ่ึง
ประกอบดว้ ยรงควตั ถชุ นิดสาคัญคอื คลอโรฟลิ ล์ เอ
ชนิดพเิ ศษ รับแสงท่มี ีความยาว
คล่ืน 683 และ 700 นาโนเมตร ไดด้ ี พบในพชื และ
สาหรา่ ยทุกกลมุ่

Photosystem II

ระบบแสง II

ข้ันตอนน้ี ทีศ่ ูนยก์ ารเกดิ ปฎกิ ริ ิยาจะได้รบั พลังงานจากแสง
ทาใหอ้ เิ ลก็ ตรอนหลุดออก และนา้ จะถกู ทาใหแ้ ตกตวั ปล่อย
อเิ ล็กตรอนออกมา และเคล่อื นท่ีไปทดแทนอเิ ลก็ ตรอนท่หี ลุด
ออกไปจาก P680 พลังงานท่ีไดร้ บั ที่ศนู ยเ์ กิดปฏกิ ิรยิ าของ
ระบบแสง II จะทาให้อิเลก็ ตรอนของคลอโรฟลิ ล์ มีพลังงาน
มากขึน้ จนสามารถหลดุ ออกจากโมเลกุลของคลอโรฟิลล์ ซง่ึ
อเิ ล็กตรอนทห่ี ลุดออกมาน้จี ะมีศักยภาพในการรดี วิ ซห์ รอื อาจ
เรียกวา่ มศี ักย์ทางรีดักช่นั สงู มาก อิเล็กตรอนนเ้ี คลอ่ื น (ไหล)
ไปยังโมเลกุลทีม่ ศี ักยร์ ีดกั ชน่ั ตา่ กวา่ ตามลูกโซ่ของการ
เคล่ือนยา้ ยอเิ ลก็ ตรอน (electron transport chain)

Light Reaction

ปฏิกิริยาใชแ้ สง

เป็นปฏิกิรยิ าทีพ่ ืชรับพลังงานแสงมาใช้สรา้ ง
สารอินทรีย์พลงั งานสงู 2 ชนิด
คอื ATP และ NADPH โดยใช้น้าเขา้ รว่ มปฏกิ ริ ยิ าและ
ไดก้ า๊ ซออกซิเจนเปน็ ผลติ ผลพลอยได้

Dark Reaction

พชื C4

เปน็ ปฏกิ ริ ิยาทพี่ ชื สรา้ งน้าตาล โดย
นา ATP และ NADPH จากปฏกิ ริ ิยาใช้แสงมาใช้

Photon

โฟตอน

อนุภาคของแสง เปน็ การพจิ ารณาแสงในลกั ษณะ
ของอนภุ าค เนอ่ื งจากในทางฟิสกิ ส์นนั้ คล่นื สามารถ
ประพฤตติ ัวเหมอื นอนุภาคเมื่ออยใู่ นสภาวะใดสภาวะ
หนึ่ง ซึ่งในทางตรงกนั ขา้ มอนภุ าคกแ็ สดงสมบตั ขิ อง
คล่นื ไดเ้ ชน่ กนั เรียกวา่ เปน็ คุณสมบัตทิ วิภาคของ
คลนื่ -อนภุ าค (องั กฤษ: wave–particle duality)
ดงั น้นั เมอ่ื พิจารณาแสงหรอื คลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟ้าใน
ลักษณะอนุภาค อนภุ าคนน้ั ถกู เรยี กวา่ โฟตอน