บทที่ 13 การสังเคราะห์ด้วยแสง

CO2 +H2O C6H12O6 + O2

การสงเคราะหดวยแสง

การหายใจระดบเซลล

การสงเคราะหดวยแสง

โครงสรางทใชใน

การสงเคราะหดวยแสง

กระบวนการสงเคราะหดวยแสง - ปฏกรยาใชแสง (Light reaction)

- ปฏกรยามด (Dark reaction)

โครงสรางทใชใน

การสงเคราะหดวยแสง

Epidermis

Mesophyll

Vascular bundle

LIGHT REACTOR

NADP+ ADP

ATP

NADPH

CALVIN CYCLE

[CH2O] (sugar) STROMA (Low H+ concentration)

Photosystem II

LIGHT

H2O CO2

Cytochrome complex

O2

H2O O2

1

1⁄2

2

Photosystem I Light

THYLAKOID SPACE (High H+ concentration)

STROMA (Low H+ concentration)

Thylakoid membrane

ATP synthase

Pq Pc

Fd

NADP+

reductase

NADPH + H+

NADP+ + 2H+

To Calvin cycle

ADP

P ATP

3

H+

2 H+ +2 H+

2 H+

Let’s go to

Different pigments absorb light differently

Different pigments absorb light differently

ตารางแสดงรงควตถทใชในกระบวนการ

สงเคราะหดวยแสงในสงมชวตชนดตาง ๆ

คลอโร ฟลล a b c d

แคโร ทนอยด

ไฟโคบ

ลน

แบคทรโอ

คลอโรฟล

ล a b c d

กรนแบคทเรย ---- + - +-+หรอ+

ไซยาโน

แบคทเรย

+--- + +

สาหรายสแดง +--+ + +

คลอโร ฟลล a b c d

แคโร ทนอยด

ไฟโคบ

ลน

แบคทรโอ

คลอโรฟลล a b c d

สาหรายส

น าตาล

+-+- + - ----

สาหรายสเขยว ++-- + - ---- มอส ++-- + - ---- เฟน ++-- + - ---- พชมดอก ++-- + - ----

อเลกตรอนทมพลงงานลดลง

อเลกตรอนทมพลงงานสงขน ปลอยพลงงานออกไป

รบพลงงานเขามา

นวเคลยสของอะตอม

ปฏกรยาใชแสง (Light reaction)

1. การถายทอดอเลกตรอนแบบไมเปนวฎจกรNon-cyclic e- transfer

2. การถายทอดอเลกตรอนแบบเปนวฎจกร

cyclic e- transfer

ปฏกรยาใชแสง

(Light reaction) พชไดรบพลงงานแสงและตก

กระทบทรงควตถโดยอาจตก

กระทบท

- chlorophyll a ซงเปน reaction center

- กลมรงควตถอนๆ (antenna complex)

แลวมการถายทอดพลงงานตอให

chl. a

Carotenoids

Chlorophyll b

Chlorophyll a

Reaction center

Chlorophyll a

Antenna complex

e-

ระบบของ Photosynthetic pigment

Accessory

pigment

Essential

pigment

Non-cyclic e- transfer

Fd = Ferridoxin

Pc = Plastocyanin

Pq = Plastoquinone

Fd = Ferridoxin

Pc = Plastocyanin

Pq = Plastoquinone

Fd = Ferridoxin

Pc = Plastocyanin

Pq = Plastoquinone

Fd = Ferridoxin

Pc = Plastocyanin

Pq = Plastoquinone

Fd = Ferridoxin

Pc = Plastocyanin

Pq = Plastoquinone

Fd = Ferridoxin

Pc = Plastocyanin

Pq = Plastoquinone

Non-cyclic electron transfer: ได ATP, NADPH

Cyclic e- transfer: ได ATP

Fd = Ferridoxin

Pc = Plastocyanin

Pq = Plastoquinone

ATP NADPH สลาย H2O เกด O2

Cyclic 1 - - -

Non

Cyclic

2 1 1 1/2

สรปการสงเคราะหดวยแสง

การทดลองของเมลวน คลวน(Melvin Calvin)

ปฏกรยาการตรงคารบอนไดออกไซด

คลอเรลลา

เตม CO2 ในรปของ

H14CO3-

ลนควบคมการปดเปด แสง

เทอรโมมเตอร

เมอเวลาผานไป

1 นาท ตรวจสารประกอบแลวพบ 14C ใน

สารประกอบหลายชนดรวมทงนาตาลกลโคส

(สาร C 3,C5,C6) เชน

(สาร C 3 = PGA ,C5 = RuBP,C6 = กลโคส)

แตเมอใหการสงเคราะหแสงในระยะเวลาสนลง

ประมาณ 2 วนาท ตรวจพบ 14C อยในสสาร

ประกอบทมคารบอน 3 อะตอม (PGA)

สารประกอบ C 2 + CO2 = จะไดสาร C3 (PGA)

แตจากการทดลองไมพบสารประกอบ C2 อยเลย แต

พบวามสารประกอบ C5 เกดขนอยตลอดเวลา ถงแม

การสงเคราะหแสงจะเกดขนเปนเวลานาน

คลวนและคณะคดวา

C C O O C

ดงนนนกวทยาศาสตรจงไดตงสมมตฐานขนวา สาร C 5 คงจะรวมกบ CO2 ไดสารประกอบชนด

ใหม เปนสาร C6 เพราะ RuBP(สาร C5 รวมกบ

สาร C 1 (CO2 ) แตสารนไมอยตวจะสลายตอให

สารประกอบ C3 คอ PGA 2 โมเลกล

ดงทจะไดศกษาวฏจกรของคลวน

1. Carbon fixation

2. Reduction

3. Regeneration

The step of Calvin cycle

Ribulose bisphosphate 3-Phosphoglyceric acid (3PG) (PGA)

Ribuose bisphosphate Carboxylase Oxygenase

ปฏกรยาขนท 1:

การตรง CO2

(Carbon fixation หรอ

Carboxylation)

P P

P P

P P

3 CO2

3 RuBP

P

P

P

P

P

P

6 PGA

1,3-BisPhosphoglyceric acid (BPGA)

Glyceraldehyde 3 phosphate (G3P)

ปฏกรยาขนท 2:

การรดวซ PGA ใหเปน

PGAL(Reduction)

6 PGA 6 BPGA

P

6 G3P,PGAL

P

P

P

P

P P

P P

P P

P P

P P

P P

P

P

P

P

P

P P

P

Sugar

6 P 6

5 G3P,PGAL

P

ปฏกรยาขนท 3:

Regeneration

การสรางRuBPขนใหม

5 G3P,PGAL

P

P

P

P

P

P P

P P

P P

3 RuBP

1.โดยปกตวฏจกรคาลวนจะตองเกด 2

รอบจงจะได PGAL 2 โมเลกลซง

เพยงพอตอการสรางกลโคส (6C)

1 โมเลกล (เนองจากในความเปนจรง

การเกด 1 รอบจะให PGAL อสระ

ออกมา 1 โมเลกลเทานน)

ขอสงเกตของวฏจกรคาลวน

2.ในพชทวๆไป สารชนดแรกทคงตวทได

จากการตรง CO2 คอ PGA ซงม 3C จง

เรยกการตรง CO2 แบบนวา C3-pathway

และเรยกวาพช C-3 ซงกคอพชใบเลยงค

และใบเลยงเดยวทวๆ ไป (ขาวสาล,ถว

เหลอง)

Photorespiration

การตรง CO2 ของ RuBP ตองใชเอนไซม Rubisco

ซงอยในสโตรมาของคลอโรพลาสต เอนไซมนนอกจาก

กระตนให RuBP ตรง CO2 แลวยงตรง O2 ไดดวย

เมอพช ตรง O2 ดวย RuBP ซง RuBP จะถกสลาย

เปนสารประกอบคารบอน 2 อะตอม เพราะฉะนนการจะ

สราง RuBP จงเสย CO2 ไปบางสวน

การตรง O2 และคาย CO2 ในเวลาทพชไดรบแสง จง

เรยกวา โพโตเรสไพเรชน (Photorespiration)

Ribulose bisphosphate

Ribuose bisphosphate Carboxylase Oxygenase

ปฏกรยาขนท 1:

การตรง CO2

(Carbon fixation หรอ

Carboxylation)

P P

P P

P P

3 O2

3 RuBP

P

P

P

P

P

PGA ฟอสโฟ

ไกลโคลก

P

Photorespiration

2 (PGA)

1 (PGA)

พชตรง CO2 ไดสารประกอบ

คงตวชนดแรกคอ PGA สาร C3

พชทสามารถตรง CO2 ไดสารประกอบ

คงตวชนดแรกคอ OAA สาร C4

จงเรยกพชทมกระบวนการเชนนวา พช C4

พบ C4 สวนใหญพชทมดอก และใบเลยงเดยว

เชน ขาวโพด, ออย,ขาวฟาง, บารเลย,บานไมรโรย,

หญาแพรก,หญาแหวหม,ผกโขมจน

ไมพบ C4 ในพวกเมลดเปลอย: สนสองใบ สามใบ

แปะกวย มอส ลเวอรเวรต ฮอนเวรต

และสาหรายทกชนด

www.themegallery.com LOGO

C4 plant leaf

การตรง คารบอนไดออกไซดของพช C4

www.themegallery.com LOGO

- มการตรง CO2 2 ครง

1. mesophyll

2. bundle sheath cell

- เกด OAA ตวแรกของ ปฏกรยา

- โดยใชเอนไซม PEP carboxylase

www.themegallery.com LOGO

C4 plant

www.themegallery.com

CAM plant CAM:Crussulacean Acid Metabolism plants

พบในพชทอยทแหงแลงมาก จงตองปดปากใบ การ

ตรง CO2 จงเกด

-ในเวลากลางคน ไดกรด 4C (OAA)

เกบไวใน vacuole ในเซลลมโซฟลล

- กลางวนเขาส calvin cycle

- เกดในเซลลเดยวกน

www.themegallery.com

CAM (Crussulaceae Acid Metabolism)

พชอวบนา: สปปะรด,วานหางจระเข, กระบองเพชร,

กลวยไม,ศรนารายณ, กหลาบหน

www.themegallery.com LOGO

www.themegallery.com LOGO

CAM plant

ปจจบนไมเฉพาะ

พชตระกล

Crassulaceae

เปรยบเทยบการตรง CO2 ทง 3

แบบ

C3 C4 and CAM plant

CO2 CO2 C4 Organic acids

PEP

CO2 PGA (CH2O)

C3 acids RuBP

C3

C4

CAM

Mesophyll Bundle sheath

Mesophyll

Dark Light

PEP Carboxylase RuBP Carboxylase

ตารางสรปการเปรยบเทยบระหวางพช

C3,C4,CAM

ขอเปรยบเทยบ พช C3 พช C4 พช CAM

จานวนครงของ

การตรง CO2

1 ครง 2 ครง

2 ครง

เวลาทเกดการ

ตรง CO2ของ

PEP

ไมเกด กลางวน กลางคน

ขอเปรยบเทยบ พช C3 พช C4 พช CAM

G3P หรอ

PGAL

ทกเซลลท

มคลอโร

พลาสต

เกดใน

บนเดล

ชท

ทกเซลลท

มคลอโร

พลาสต

การเสยนาตอ

การตรง CO2

1 ครง

400-500

กรม

250-300

กรม

50-100

กรม

พช C3 พช C4 พช CAM

ตวอยางพช พชทว ๆ ไป

เชน มะมวง

กลวย ขาวเจา

ขาวสาล ถว

ออย

ขาวโพด

ขาวฟาง

หญา

แพรก

กลวยไม

กหลาบหน

สบปะรด

กระบอง

เพชร

1.เขมของแสง

2.อณหภม

3.CO2

4.นา

5.O2

6.เกลอแร

7.อายของใบ

ปจจยทมผลตอการสงเคราะหดวยแสง