Photosynthesis

PHOTO
SYNTHESIS


การสังเคราห์ด้วยแสง

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

( photosyn
thesis )



เป็นการสร้างอาหารจำพวกคาร์โบไฮเดรตของพืชสีเขียวเพื่ อใช้ในการเจริญ

เติบโตและซ่อมแซมส่วนที่สึกหรอของพืชอีกทั้งยังเป็นการผลิตอาหาร
สำหรับสิ่งมีชีวิตอื่ นๆ บนโลกในพืชสีเขียวนั้นมีคลอโรฟิลล์ที่ทำหน้าที่ดูดกลืน

พลังงานแสงจากดวงอาทิตย์มาใช้ในการสร้างอาหารนอกจากนั้น พืชยัง
จำเป็นต้องใช้น้ำและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่เป็นสารอนินทรีย์โมเลกุลเล็ก

มาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงอีกด้วย

พลังงานแสง

แสง ที่มีประโยชน์มีความยาวช่วงคลื่น 400 - 700 นาโนเมตร
ประกอบด้วยอนุภาคพลังงานที่ เรียกว่า โฟตอน (Photon) พลังงา
นของโฟตอน แปรผกผันกับความยาวคลื่น

พลังงานแสงถูกดูดกลืนโดยรงควัตถุ(pigment) 3 กลุ่ม
คือ คลอโรฟิลล์ คาโรทีนอยด์ และไฟโคบิลิน (ในพืชไม่มีไฟโคบิลิน)

การดูดกลืนพลังงานแสงของรงควัตถุสอดคล้องกับประสิทธิภาพ
การสังเคราะห์ด้วยแสง

PIGMENT

รงควัตถุ

1. Chlorophyll 2. Phycobilins 3. Carotenoids

เป็นรงควัตถุที่พบทั่วไปใน เป็นรงควัตถุที่เป็น กลุ่มรงควัตถุที่มีสีเหลือง-
พืชและสิ่งมีชีวิตทีมีกระบวน accessory light-harvesting ส้ม พบทั่วไปในพืชและสิ่งมีชีวิต
การสังเคราะห์ด้วยแสง pigments มีโครงสร้างเป็น ที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้
open-chain tetrapyrroles มีหน้าที่ในการช่วยรับพลังงาน
โครงสร้างประกอบไปด้วยส่วน แสง accessory light-
ที่เป็น porphyrin-like phycobilins ที่เกี่ยวข้อง harvesting pigment และทำ
structure ซึ่งมี Mg2+ อยู่ส่วน หน้าที่ในการป้องกันอันตราย
กับกระบวนการสังเคราะห์ด้วย จากแสง โครงสร้างหลักของ
กลางของโครงสร้าง และส่วนที่ รงควัตถุกลุ่มนี้คือ การเป็นสาย
แสงที่เป็นที่ทราบกันโดยทั่วไปมี ไฮโดรคาร์บอน ซึ่งสามารถ
เป็นสายยาวของไฮโดรคาร์บอน 3 ชนิดคือ phycoerythrin จำแนกได้เป็น 2 กลุ่มย่อยคือ
phycocyanin และ carotenes และxanthophylls
ซึ่งเป็นส่วนที่เป็น allophycocyanin แต่พบ
hydrophobic region ซึ่งฝัง เฉพาะใน cyanobacteria และ
ตัวอยู่บน photosynthetic
membrane ในคลอโรพลาส สาหร่ายสีแดงเท่านั้น

การสังเคราะห์แสง แบ่ง
เป็ น 2 ขั้นตอน เกิดต่อ
เนื่องกันในคลอโรพลาสต์

1
ปฏิกิริยาที่ใช้แสง (Light-
dependent reactions)

2 ปฏิกิริยาการสร้าง (Synthesis reaction

หรือ Carbon fixation reactions)

ปฏิกิริยาที่ใช้แสง
เป็นการเปลี่ยนรูปพลังงานแสง
LIGHT- เป็นพลังงานเคมี
DEPENDENT
REACTION
กระบวนการที่เกิดขึ้นบริเวณ
thylakoid


รงควัตถุที่อยู่บริเวณ thylakoid ซึ่ง
อยู่รวมกันเป็นกลุ่มมีการเกาะตัวอยู่กับ
โปรตีนหลายชนิด กลุ่มของโปรตีนบน
นี้ เรียกว่า ระบบแสง
(photosystem) ทําหน้าที่รับ
พลังงานแสง
มาใช้ในการสร้างสารที่มีพลังงานสูง
คือ ATP และ NADPH

ระบบแสง

(Photosystem)

การรับแสง เกิดที่ thylakoid โดย
ระบบแสง มี 2 ระบบ และทั้งสอง
ระบบจะทําหน้าที่ร่วมกันเพื่ อให้
สามารถเกิดการส่งพลังงานในการ
สร้าง ATP และ NADPH

Photosystem I : รงควัตถุที่สําคัญ
= chlorophyll a ศูนย์กลางปฏิกิริยา
ที่ P700

Photosystem II : รงควัตถุที่สําคัญ
= chlorophyll a, b และ แคโรที
นอยด์ ศูนย์กลางปฏิกิริยาที่ P680

การถ่ายทอดอิเลคตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักรในปฏิกิริยาที่ใช้แสง
(THE NONCYCLIC PHOTOPHOSPHORYLATION)

เป็นการถ่ายทอดอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับระบบแสงเพียงระบบเดียวเท่านั้น
ซึ่งเรียกว่ารงควัตถุระบบที่ 1 อิเล็กตรอนที่หลุดออกจากรงควัตถุระบบที่ 1 จะ
ถูกส่งไปยังสารตัวกลาง X ซึ่งน่าจะเป็นเฟร์ริดอกซินรีดิวซิงซับสแตนซ์แล้ว

สาร X จะถ่ายทอดอิเล็กตรอนต่อไปยัง ferredoxin, cytochrome
b,cytochrome f,plastocyanin ตามลำดับ จากนั้นอิเล็กตรอนนี้จะมี
พลังงานปลดปล่อยออกมา และสามารถนำไปสร้าง ATP ได้ 2 ATP ต่อ

อิเล็กตรอน 1 คู่

การถ่ายทอดอิเลคตรอนแบบเป็นวัฏจักรในปฏิกิริยาที่ใช้แสง
(The cyclic photophosphorylation)

การถ่ายทอดอิเล็กตรอนวิธีนี้ต้องใช้ระบบแสง 2 ระบบ คือ ระบบแสงที่ 1 (
photosystem Iหรือ PS I) และระบบแสงที่ 2 ( photosystem II หรือ PS II ) การ
ถ่ายทอดอิเล็กตรอนวิธีนี้ต้องมีการสลายตัวของโมเลกุลน้ำ จึงเรียกได้อีกอย่างว่า กระ
บวนการโฟโตไลซิสซึ่งค้นพบโดยโรบิน ฮิลล์ ( Robin Hill ) ดังนั้นจึงอาจเรียกชื่อตามชื่อ
ของผู้ค้นพบว่า ปฏิกิริยาฮิลล์ ( Hill reaction ) ปฏิกิริยานี้นอกจากมีการแตกตัวของ
โมเลกุลน้ำแล้วยังมีการสร้าง ATP และ NADPH + H+ ด้วยปฏิกิริยาเกิดขึ้นเป็นขั้น ๆ

ปฏิกิริยาการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์
( CARBONDIOXIDE FIXATION )

ไม่ได้ใช้แสงโดยตรง – ใช้ผลผลิต ประกอบด้วย 3 ขั้นตอน
จากปฏิกิริยาที่ใช้แสง (NADPH2,
ATP) Carboxylation

บริเวณที่รับแสงตลอดเวลาปฏิกิริยาที่ Reduction
ใช้แสงและปฏิกิริยาการสร้างเกิด Regeneration
พร้อมๆกันตลอดเวลา

เกิดขึ้น ใน stroma

CARBON FIXATION
REACTIONS

CARBOXYLATION LESSON RECAP 2 LESSON RECAP 3

เป็นขั้นตอนที่ ribulose- เป็นขั้นตอนที่ 3- เป็นขั้นตอนที่จะสร้าง
1,5-bisphosphate phosphoglycerate ถูก โมเลกุล RuBP ขึ้นมาอีก
ครั้งหนึ่ง เพื่อวนกลับไป
(RuBP) เข้ารวมกับ CO2 reduced เกิดเป็น เป็นตัวรับ CO2 ในรอบต่อ
และเกิดเป็น 3- glyceraldehyde-3- ไป ในขั้นตอนนี้ต้องอาศัย
พลังงานจาก ATP ซึ่งได้
phosphoglycerate 2 phosphate ซึ่งเป็นสาร จากปฏิกิริยาแสง
ประเภทน้ำตาล ขั้นตอนนี้จะ
โมเลกุล ซึ่งเป็นสารเสถียร มีการใช้สารพลังงานสูงที่ได้
(stable intermediate) จากปฏิกิริยาแสง คือ ATP

ตัวแรกของ Calvin cycle และ NADPH

กระบวนการตรึง CO2 โดยพืชซีสาม
(C3-Carbon fixation pathway)

กระบวนการตรึง CO2 โดยพืชซีสาม

(C3-Carbon fixation pathway)

(ค.ศ. 1950) M. Calvin -- ศึกษาการ
ตรึง CO2 ในกระบวนการสังเคราะห์
แสงของสาหร่ายสีเขียว Chlorella
หรือ Scenedesmus
“สารตัวแรกที่เกิดขึ้นจากการตรึง CO2
ในกระบวนการสังเคราะห์แสง คือ
Phosphoglyceric acid (PGA)”
- สารตัวแรกที่เข้าทําปฏิกิริยา --
Ribulose bis phosphate (RuBP)
- เรียกวัฏจักรกระบวนการสังเคราะห์
แสงนี้ ว่า วัฏจักรคัลวิน

กระบวนการตรึง CO2 โดยพืชซีสี่

(C4-Carbon fixation pathway)


เกิดขึ้นในพืชในเขตร้อนที่มีความเข้มของ

แสงสูงและมีอุณหภูมิสูง เช่น อ้อย ข้าวโพด ข้าว

ฟ่าง และพืชตระกูลหญ้าเขตร้อน
M.D. Hatch & C.R. Slack พบว่า การตรึง

CO2 ในใบอ้อย เกิดจากปฏิกิริยาระหว่าง
Phosphoenol pyruvate (PEP) กับ CO2 โดย
กิจกรรมเอนไซม์ Phosphoenol pyruvate
carboxylase
- สารตัวแรกที่เกิดขึ้น -- Oxaloacetate
(OAA)
- เรียกการตรึง CO2 แบบนี้ ว่า วิถีซีสี่ (C4-
pathway)

กระบวนการตรึง CO2 โดยพืชซีสี่
(C4-Carbon fixation pathway)

กระบวนการตรึง CO2 โดยพืชซีสี่

(C4-Carbon fixation pathway)


พบในพืชที่ขึ้นในที่แห้งแล้ง -- พืชอวบนํ้า

กระบองเพชร กล้วยไม้ สับปะรด
ปากใบเปิ ดเวลากลางคืน -- พืชดูด CO2
เข้าไปมาก
--> เกิดการสร้างกรดอินทรีย์มาก
กลางวันพืชปิ ดปากใบ
--> ปริมาณกรดลดลง ถูกดึงไปใช้ใน
metabolism
--> นํ้าตาลหรือคาร์โบไฮเดรตเพิ่มสูงขึ้ น

กระบวนการตรึง CO2 โดยพืชซีสี่
(C4-Carbon fixation pathway)