การสังเคราะห์เเสง

 การสังเคราะห์เเสง

การสังเคราะห์แสง คือ กระบวนการซึ่งพืชสังเคราะห์สารอินทรีย์จากสารประกอบ อนินทรีย์ โดยมีแสงปรากฏอยู่ด้วย สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องการพลังงานเพื่อใช้ในการเจริญเติบโตและรักษาสภาพเดิมให้คงอยู่ สาหร่าย พืชชั้นสูง และแบคทีเรียบางชนิดสามารถรับพลังงานโดยตรงจากแสงอาทิตย์ และใช้พลังงานนี้ในการสังเคราะห์สารที่จำเป็นต่อการดำรงชีพ แต่สัตว์ไม่สามารถรับพลังงานโดยตรงจากแสงอาทิตย์ ต้องรับพลังงานโดยการบริโภคพืชและสัตว์อื่น ดังนั้นแหล่งของ พลังงานทางเมตาบอลิสม์ในโลกคือ ดวงอาทิตย์ และกระบวนการสังเคราะห์แสง จึงจำเป็นสำหรับชีวิตบนโลก ประโยชน์ของการสังเคราะห์แสง

1. เป็นกระบวนการสร้างอาหารเพื่อการดำรงชีวิตของพืช

2. เป็นกระบวนการซึ่งสร้างสารประกอบชนิดอื่น ซึ่งจำเป็นต่อกระบวนการเจริญ

เติบโตของพืช

3. เป็นกระบวนการซึ่งให้ก๊าซออกซิเจนแก่บรรยากาศ

4. ลดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ให้อยู่ในสภาวะสมดุล

กระบวนการสังเคราะห์แสง

Emerson Enhancement Effect และ Photosystems

Enzymatic Reaction

การจับ CO2ของพืชอวบน้ำ

Photorespiration

ปัจจัยที่ควบคุมการสังเคราะห์แสง

การที่พืชรับพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์ได้โดยตรงนี้ พืชต้องมีกลไกพิเศษ คือ มีรงควัตถุ (Pigment) สีเขียว ซึ่งเรียกว่า คลอโรฟิลล์ (Chlorophylls) ซึ่งมีโครงสร้างประกอบด้วยวงแหวน Pyrrole 4 วง เรียงติดกัน มี Mg อยู่ตรงกลาง ซึ่งเป็นส่วนที่ดูดแสงเรียกว่า Head ส่วน Tail คือ Phytol ซึ่งคลอโรฟิลล์เป็นรงควัตถุที่ปรากฏอยู่ในคลอโรพลาสต์ ทำหน้าที่ในการจับพลังงานจากแสง ซึ่งโครงสร้างของคลอโรพลาสต์นี้ได้กล่าวถึงแล้วในบทที่ 1 นอกจากคลอโรฟิลล์แล้ว รงควัตถุที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์แสงยังมีคาโรทีนอยด์ (Carotenoids) และไฟโคบิลินส์(Phycobilins) สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงได้จะมีรงควัตถุหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งชนิด รงควัตถุเหล่านี้แสดงอยู่ในตารางที่ 4.1

คลอโรฟิลล์ เอ นั้นจัดว่าเป็น primary pigment ทำหน้าที่สังเคราะห์แสงโดยตรง ส่วนรงควัตถุชนิดอื่น ๆ ต้องรับแสงแล้วจึงส่งต่อให้คลอโรฟิลล์ เอ เรียกว่าเป็น Accessory pigment ในพืชชั้นสูงทั่ว ๆ ไปจะมีคลอโรฟิลล์ เอ มากกว่าคลอโรฟิลล์ บี ประมาณ 2-3 เท่า ส่วนแบคทีเรียบางชนิด เช่น Green bacteria และ Purple bacteria จะมีรงควัตถุซึ่งเรียกว่า Bacteriochlorophyll

ซึ่งปรากฏอยู่ในไธลาคอยด์ การสังเคราะห์แสงของแบคทีเรียจะต่างจากการสังเคราะห์แสงของพืชชั้นสูง เพราะไม่ได้ใช้น้ำเป็นตัวให้อีเลคตรอนและโปรตอน แต่ใช้ H2S แทน และเมื่อสิ้นสุดการสังเคราะห์แสงจะไม่ได้ก๊าซออกซิเจนออกมา แต่จะได้สารอื่น เช่น กำมะถันแทน

 

ตารางที่ 4.1 รงควัตถุที่ปรากฏอยู่ในพืชชนิดต่าง ๆ

 

ชนิดของรงควัตถุ		ช่วงแสงที่ดูดกลืนแสง (nm)	ชนิดของพืช
คลอโรฟิลล์
	คลอโรฟิลล์ เอ	420, 660	พืชชั้นสูงทุกชนิดและสาหร่าย
	คลอโรฟิลล์ บี	435, 643	พืชชั้นสูงทุกชนิดและสาหร่ายสีเขียว
	คลอโรฟิลล์ ซี	445, 625	ไดอะตอมและสาหร่ายสีน้ำตาล
	คลอโรฟิลล์ ดี	450, 690	สาหร่ายสีแดง
คาร์โรทีนอยด์
	เบตา คาร์โรทีน	425, 450, 480	พืชชั้นสูงและสาหร่ายส่วนใหญ่
	แอลฟา คาร์โรทีน	420, 440, 470	พืชส่วนใหญ่และสาหร่ายบางชนิด
	ลูตีออล (Luteol)	425, 445, 475	สาหร่ายสีเขียว สีแดงและพืชชั้นสูง
	ไวโอลาแซนธอล	425, 450, 475	พืชชั้นสูง
	(Violaxanthol)
	แกมมา คาร์โรทีน	-	แบคทีเรีย
	ฟูโคแซนธอล (Fucoxanthol)	425, 450, 475	ไดอะตอมและสาหร่ายสีน้ำตาล
ไฟโคบิลินส์
	ไฟโคอีรีธรินส์	490, 546, 576	สาหร่ายสีแดง และสาหร่ายสีน้ำเงิน
	(Phycoerythrins)
	ไฟโคไซยานินส์	618	สาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียว และ
	(Phycocyanins)		สาหร่ายสีแดงบางชนิด

 

 

รงควัตถุ จะกระจายอยู่ในส่วนของลาเมลลาของคลอโรพลาสต์ นอกจากนั้นใน คลอโรพลาสต์ยังมีโปรตีน ไขมัน และควิโนน อีกหลายชนิดกระจายตัวอยู่ เช่น ไซโตโครม บี 6 (Cytochrome b6) และไซโตโครม เอฟ (Cytochrome f) พลาสโตไซยานิน (Plastocyanin) ซึ่งเป็นโปรตีนที่มีทองแดงประกอบอยู่ด้วยเฟอร์ริดอกซิน (Ferredoxin) ซึ่งเป็นโปรตีนที่มีเหล็กประกอบอยู่ด้วยและเป็น non heme โลหะ พบในลาเมลลา คือ สังกะสี เหล็ก และแมกนีเซียม

การสังเคราะห์แสงเป็นกระบวนการ ซึ่งประกอบด้วยกระบวนการสองกระบวนการใหญ่ๆ คือ

1. การไหลของอีเลคตรอน หรือ Light Reaction ซึ่งแบ่งเป็น

1.1 Hill Reaction ซึ่งคือ การแตกตัวของน้ำ โดยพลังงานแสง พบโดย Robert Hill เมื่อน้ำแตกตัวแล้ว จะให้อีเลคตรอนออกมา ซึ่งตามธรรมชาติของการสังเคราะห์แสงตัวรับ อีเลคตรอนคือ NADP ทำให้กลายเป็น NADPH ซึ่งเป็นสารที่มีศักยภาพในการรีดิวซ์สารอื่นสูงมาก และจะนำไปใช้รีดิวซ์ CO2 ในกระบวนการต่อไป

การที่น้ำแตกตัวเป็นออกซิเจนได้นี้ เกิดโดยพลังงานแสงที่คลอโรฟิลล์ดูดแล้วส่งไปช่วยเอนไซม์ที่ทำหน้าที่แยกโมเลกุลของน้ำ (Water Splitting enzyme) ให้เกิดปฏิกิริยาได้อีเลคตรอนและก๊าซออกซิเจน

นำผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการแตกตัวของน้ำคือโปรตอน ซึ่งจะใช้เป็นตัวพาอีเลคตรอนและนำไปสร้างสารให้พลังงานสูง NADPH นอกจากนั้นอีเลคตรอนยังถูกส่งเข้าไปทดแทนอีเลคตรอนของคลอโรฟิลล์ซึ่งสูญเสียไปในการถ่ายทอดอีเลคตรอน ดังจะได้กล่าวถึงต่อไป

1.2 Photophosphorylation คือ การสังเคราะห์สารเคมีที่ให้พลังงานสูง ATP จากการไหลของอีเลคตรอน จากน้ำไปสู่ NADP ซึ่ง NADP ไม่สามารถรับอีเลคตรอนได้โดยตรง ต้องไหลผ่านสารอื่น ๆ หลายชนิด ในระหว่างการไหลนี้ทำให้เกิด ATP ขึ้นมา

2. Enzymatic Reaction หรือ Dark Reaction เกิดในสโตรมาเป็นกระบวนการที่เปลี่ยน CO2 ให้เป็นน้ำตาลสามารถเกิดได้ในที่มืดและที่มีแสง

เนื่องจากแสงมีลักษณะเป็นคลื่นและมีพลังงาน แสงจะมาในลักษณะเป็นควอนตา (Quanta) หรือโฟตอน (Photon) ซึ่งเป็นพลังงาน พลังงานแต่ละโฟตอนจะเป็นสัดส่วนผกผันกับความยาวคลื่นแสง ดังนั้นแสงสีม่วงและน้ำเงิน จะมีพลังงานมากกว่าแสงสีแดงและสีส้ม

ที่มาhttp://www.thaiblogonline.com/student.blog?PostID=3294  31/01/2556