View
2
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
การสงเคราะหแสง
(Photosynthesis)
รายวชา หลกชววทยา (Principle of Biology) : 01424111
สอนโดย อ.ดร. ปยะมาศ ศรรตน
การสงเคราะหแสง
กระบวนการสงเคราะหแสง
เปนกระบวนการทสงมชวตเปลยน
พลงงานแสงเปนพลงงานเคม โดยเกบ
สะสมไวในสารอนทรยทสงมชวตสราง
ขน และพลงงานเคมทสรางขนน จดวา
เปนแหลงพลงงานทสงมชวตตางๆ ใน
โลกน ไดใชประโยชน
สมการรวมของกระบวนการสงเคราะหแสง
ทมา: http://science6shms.pbworks.com/w/page/25870917/photosynthesis
การสงเคราะหแสง
ทมา: Solomon, E.P., L.R. Berg and D.W. Martin. 2011. Biology, Ninth Edition. Brooks/Cole, Cengage Learning, USA.
การสงเคราะหแสง เกดขนทไหน ?
ใบพช -- เปนสวนทมคลอโรฟลลมากทสด
Palisade mesophyll เปนสวนทม
คลอโรพลาสตมากทสด
Spongy mesophyll เปนสวนทเกบแปงซง
เปลยนจากนาตาลทสรางขนจาก Palisade
cell (เกบชวคราว จนกวาจะนาไปใช)
Stoma = ชองวางระหวาง guard cell ทให
กาซผานเขา-ออกทผวใบ
การสงเคราะหแสง
ทมา: Solomon, E.P., L.R. Berg and D.W. Martin. 2011. Biology, Ninth Edition. Brooks/Cole, Cengage Learning, USA.
o การสงเคราะหแสงเกดขนทคลอโรพลาสต
o สวนประกอบ
outer membrane
inner membrane
stroma
thylakoid membrane
grana หรอ grana lamellae โดยแตละ
ตงเรยกวา granum
lumen หรอ thylakoid space
องคประกอบทใชในการสงเคราะหแสง
ทมา: Solomon, E.P., L.R. Berg and D.W. Martin. 2011. Biology, Ninth Edition. Brooks/Cole, Cengage Learning, USA.
แสงสวาง (Light) --- เปนแหลงพลงงาน
รงควตถ (Photosynthetic pigment) --- สาหรบดดซบพลงงานแสง
คารบอนไดออกไซด (CO2) --- เปนวตถดบ
น า (H2O) --- เปนวตถดบ
แสง (Light)
ทมา: Solomon, E.P., L.R. Berg and D.W. Martin. 2011. Biology, Ninth Edition. Brooks/Cole, Cengage Learning, USA.
แสง ทมประโยชนมความยาวชวงคลน 400 -
700 นาโนเมตร ประกอบดวยอนภาคพลงงานท
เรยกวา โฟตอน (Photon) พลงงานของโฟตอน
แปรผกผนกบความยาวคลน
พลงงานแสงถกดดกลนโดยรงควตถ(pigment)
3 กลม คอ คลอโรฟลล คาโรทนอยด และ
ไฟโคบลน (ในพชไมมไฟโคบลน)
การดดกลนพลงงานแสงของรงควตถสอดคลอง
กบประสทธภาพการสงเคราะหดวยแสง
รงควตถ (Photosynthetic pigments)
ทมา: Solomon, E.P., L.R. Berg and D.W. Martin. 2011. Biology, Ninth Edition. Brooks/Cole, Cengage Learning, USA.
คลอโรฟลล (Chlorophyll)
เปนอนพนธของสารจาพวก porphyrin
โครงสรางประกอบดวย
- สวนหว (Hydrophilic)
: ทาหนาทดดพลงงานแสง
: เปนไพโรลแบบวงแหวน 4 วง ม Mg อยตรงกลาง
- สวนหาง --> ไฮโดรคารบอนชวยยดกบระบบแสง
** ปกตไมละลายนา แตละลายไดดในตวทาละลาย เชน อเธอร อะซโตน
รงควตถ (Photosynthetic pigments)
คลอโรฟลล (Chlorophyll)
ม 4 ชนด: chlorophyll a, b, c และ d
chlorophyll a --- มสเขยวแกมน าเงน
พบในพชสเขยวและพชทกชนดทสงเคราะหแสงได
chlorophyll b --- มสเขยวแกมเหลอง พบในพชชนสงและสาหรายสเขยว
chlorophyll c --- พบในพชสาหรายสน าตาลและสาหรายสทอง
chlorophyll d --- พบในพชสาหรายสแดง
รงควตถ (Photosynthetic pigments)
แคโรทนอยด (Carotenoid)
เปนรงควตถทมสเหลอง สม แดง น าตาล
เชน carotene, xanthophyll
อยรวมกบคลอโรฟลลในไทลาคอยดเมมเบรน
ดดกลนแสงสน าเงน (400 – 500 nm) แลวถายทอดพลงงานใหคลอโรฟลล
ปกปองคลอโรฟลลไมใหถกทาลาย โดยอะตอมของออกซเจนทเปนอนมลอสระ
ไฟโคบลน (Phycobilin)
เปนรงควตถทไมพบในพชชนสง โดยมากเปนรงควตถเสรมทพบในสาหราย
สน าเงนและสาหรายสแดง
แบงเปน ไฟโคอรทรน ซงดดแสงสเขยว และไฟโคไซยานนดดแสงสสมแดง
Antenna complex
antenna complex คอ การจดเรยงตวอยางเปนระบบของรงควตถตางๆ ทอยท
thylakoid membrane เพอใหการตรงพลงงานแสงมประสทธภาพสงทสด
antenna complex ประกอบดวย แคโรทนอยด คลอโรฟลลบ และคลอโรฟลล เอ ทางาน
รวมกนในการรบพลงงานแสง แลวสงพลงงานนนเขาสศนยกลางปฏกรยา (reaction
center) ซงคอโมเลกลของคลอโรฟลลเอชนดพเศษ 2 โมเลกล
คลอโรฟลลเอชนดพเศษ 2 โมเลกลเมอไดรบพลงงานในชวง
คลนทเหมาะสม อเลคตรอนจะถกกระตนใหมพลงงานสงขนจาก
ภาวะเดมทอยท ground state จะถกกระตนไปอยในภาวะทม
พลงงานสงขน คอ ภาวะ excited state พรอมทจะปลดปลอย
อเลคตรอนน ใหกบตวรบอเลคตรอนตวถดไป
การสงเคราะหแสง
ทมา: Solomon, E.P., L.R. Berg and D.W. Martin. 2011. Biology, Ninth Edition. Brooks/Cole, Cengage Learning, USA.
การสงเคราะหแสง แบงเปน 2 ขนตอน เกดตอเนองกนในคลอโรพลาสต
1. ปฏกรยาทใชแสง (Light-dependent reactions)
___________________________________________________________________
2. ปฏกรยาการสราง (Synthesis reaction หรอ Carbon fixation reactions)
___________________________________________________________________
ปฏกรยาทใชแสง (Light-dependent reaction
เปนการเปลยนรปพลงงานแสงเปนพลงงานเคม
กระบวนการทเกดขนบรเวณ thylakoid
รงควตถตางๆ ทอยบรเวณ thylakoid ซงอยรวมกนเปนกลมโดยมการเกาะ
ตวอยกบโปรตนหลายชนด กลมของโปรตนบน thylakoid ทมรงควตถ
ประกอบอยดวยนเรยกวา ระบบแสง (photosystem) ทาหนาทรบพลงงานแสง
มาใชในการสรางสารทมพลงงานสง คอ ATP และ NADPH เพอนาพลงงานท
ไดไปใชในการสรางสารอนทรยในกระบวนการตรงคารบอนไดออกไซดตอไป
ระบบแสง (Photosystem)
การรบแสง เกดท thylakoid โดยระบบแสง (Photosystem)
พชชนสงมระบบแสง 2 ระบบ คอ
Photosystem I
: รงควตถทสาคญ = chlorophyll a
ศนยกลางปฏกรยาท P700
Photosystem II
: รงควตถทสาคญ = chlorophyll a, b และ แคโรทนอยด
ศนยกลางปฏกรยาท P680
ระบบแสงทงสองจะทาหนาทรวมกนเพอใหสามารถเกดการสงพลงงานในการ
สราง ATP และ NADPH
การถายทอดอเลคตรอนและการสงเคราะห ATP
(Photophosphorylation)
เปนกระบวนการทพชใชแสงสวางเพอสรางสารเคมทมพลงงานสง (ATP)
แบงเปน 2 แบบ คอ
อเลคตรอนเคลอนทเปนวฏจกร (Cyclic photophosphorylation)
Photosystem I
ใหสารใหพลงงานสง ATP
อเลคตรอนเคลอนทไมเปนวฏจกร (Noncyclic photophosphorylation)
Photosystem II (P680) และ Photosystem I (P700)
ใหสารใหพลงงานสง ATP
ใหสารใหพลงงานสง NADPH2
ทมา: http://www.mhhe.com/biosci/genbio/raven6b/graphics/raven06b/other/raven06b_10.pdf.
การถายทอดอเลคตรอนแบบไมเปนวฏจกรในปฏกรยาทใชแสง(The noncyclic photophosphorylation)
การถายทอดอเลคตรอนแบบเปนวฏจกรในปฏกรยาทใชแสง(The cyclic photophosphorylation)
ทมา: http://www.mhhe.com/biosci/genbio/raven6b/graphics/raven06b/other/raven06b_10.pdf.
พลงงานแสงทถกถายทอดใน
กรณน จะไมถกนาไปสงเคราะห
NADPH แตสามารถนาไปใช
สราง ATP ได
การถายทอดอเลคตรอนแบบ
เปนวฏจกรน อาจเกดขนไดใน
ภาวะทพชตองการ ATP
เพมขน หรอในภาวะท ไมม
NADP+ เพยงพอทจะนาไปสราง
เปน NADPH
ไมไดใชแสงโดยตรง – ใชผลผลตจากปฏกรยาทใชแสง (NADPH2, ATP)
บรเวณทรบแสงตลอดเวลา
ปฏกรยาทใชแสง และ ปฏกรยาการสราง
เกดพรอมๆกนตลอดเวลา
เกดขน ใน stroma
ปฏกรยาการสราง (Synthesis reaction หรอ Carbon fixation reactions)
ทมา: Solomon, E.P., L.R. Berg and D.W. Martin. 2011. Biology, Ninth Edition. Brooks/Cole, Cengage Learning, USA.
เกดขนได 3 แนวทาง
1. กระบวนการตรง CO2 โดยพชซสาม
2. กระบวนการตรง CO2 โดยพชซส
3. กระบวนการตรง CO2 โดยพช CAM
พช C 3 และ พช C4
ทมา: Solomon, E.P., L.R. Berg and D.W. Martin. 2011. Biology, Ninth Edition. Brooks/Cole, Cengage Learning, USA.
(ค.ศ. 1950) M. Calvin -- ศกษาการตรง CO2 ในกระบวนการสงเคราะห
แสงของสาหรายสเขยว Chlorella หรอ Scenedesmus
“สารตวแรกทเกดขนจากการตรง CO2 ในกระบวนการสงเคราะหแสง คอ
Phosphoglyceric acid (PGA)”
- สารตวแรกทเขาทาปฏกรยา -- Ribulose bis phosphate (RuBP)
- เรยกวฏจกรกระบวนการสงเคราะหแสงนวา วฏจกรคลวน
6CO2 + 18 ATP + 12 NADPH2 6(CH2O) + 18 (ADP+Pi) + 12 NADP + 6H2O
กระบวนการตรง CO2 โดยพชซสาม(C3-Carbon fixation pathway)
Calvin cycle
ทมา: http://www.mhhe.com/biosci/genbio/raven6b/graphics/raven06b/other/raven06b_10.pdf.
= Carboxylation
= Reduction
= Regeneration
เกดขนในพชในเขตรอน ทมความเขมของแสงสงและมอณหภมสง เชน ออย
ขาวโพด ขาวฟาง และพชตระกลหญาเขตรอน
M.D. Hatch & C.R. Slack พบวา การตรง CO2 ในใบออย เกดจากปฏกรยา
ระหวาง Phosphoenol pyruvate (PEP) กบ CO2 โดยกจกรรมเอนไซม
Phosphoenol pyruvate carboxylase
- สารตวแรกทเกดขน -- Oxaloacetate (OAA)
- เรยกการตรง CO2 แบบนวา วถซส (C4-pathway)
กระบวนการตรง CO2 โดยพชซส(C4-Carbon fixation pathway)
C4-pathway
พช C4 เปนพชทมการตรง CO2 2 ครง
- ครงท 1 ..........................................
- ครงท 2 ..........................................
ทมา: Solomon, E.P., L.R. Berg and D.W. Martin. 2011. Biology, Ninth Edition. Brooks/Cole, Cengage Learning, USA.
จากกลไกการตรง CO2 ดงกลาวจงทาใหความ
เขมขนของ CO2 บรเวณ bundle sheath
cell ของพช C4 จงสงกวาบรเวณ
mesophyll cell ของพช C3
พบในพชทขนในทแหงแลง -- พชอวบน า กระบองเพชร กลวยไม สบปะรด
ปากใบเปดเวลากลางคน -- พชดด CO2 เขาไปมาก
--> เกดการสรางกรดอนทรยมาก
กลางวนพชปดปากใบ
--> ปรมาณกรดลดลง ถกดงไปใชใน metabolism
--> น าตาลหรอคารโบไฮเดรตเพมสงขน
กระบวนการตรง CO2 โดยพช CAM(CAM cycle)
ทมา: Solomon, E.P., L.R. Berg and D.W. Martin.
2011. Biology, Ninth Edition. Brooks/Cole,
Cengage Learning, USA.
กระบวนการตรง CO2 โดยพช CAM(CAM cycle)
ทมา: http://image.dek-d.com/26/2404248/112744002
พชเปดปากใบในเวลากลางคน
CO2 จะเขาสใบทางปากใบไปท
เซลลมโซฟล มการตรง CO2 ดวย
phosphoenolpyruvate (PEP) ได
oxaloacetate และเปลยนไปเปน
malate ไปเกบสะสมไวในแวคว
โอล
ในเวลากลางวนปากใบปด
มการเคลอนยาย malate ออก
จากแวควโอล เพอทาปฏกรยา
ปลอย CO2 ออกจาก malate
(Decarboxylation) แลวเขาส
กระบวนการตรง CO2 ในวฎจกร
คลวนตามปกต
เอกสารอางอง
Solomon, E.P., L.R. Berg and D.W. Martin. 2011. Biology, Ninth Edition. Brooks/Cole, Cengage
Learning, USA.
Purves, W.K., G.H. Orians, and H.C. Heller. 1995. Life: The Science of Biology, 4th Edition. Sinauer
Associates, Sunderland.
http:// highered.mheducation.com/sites/dl/free/.../mad25502_ch08.pdf
http:// www.mhhe.com/biosci/genbio/raven 6b/graphics/raven06b/other/reven06b.09.pdf
Recommended