Back to the topics list

การสังเคราะห์แสง

สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องการพลังงานในการดำรงชีวิต พวกเขาใช้พลังงานนี้จากอาหาร แต่คุณเคยเห็นพืชกินอาหารหรือไม่? แล้วพวกเขาจะรับพลังงานได้อย่างไร? พืชได้รับพลังงานผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งช่วยให้พืชสามารถผลิตอาหารได้ อ่านต่อเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับหัวข้อที่น่าสนใจนี้

วัตถุประสงค์การเรียนรู้

ในบทนี้ เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับสิ่งต่อไปนี้

1. ความหมายของการสังเคราะห์ด้วยแสง
2. ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง
3. ขั้นตอนในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงที่ทำให้โฟโตโทรฟสามารถสร้างอาหารได้
4. การสังเคราะห์ด้วยแสงมีสองขั้นตอนหลัก - ปฏิกิริยาแสงและปฏิกิริยาความมืด
5. เม็ดสีสี่ประเภทที่แตกต่างกันเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการที่โฟโตโทรฟแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมี ซึ่งใช้เพื่อกระตุ้นกิจกรรมของเซลล์ โดยรับคลอโรพลาสต์ผ่านเม็ดสี เช่น คลอโรฟิลล์ เอ คลอโรฟิลล์ บี แคโรทีน และแซนโทฟิลล์

พืชสีเขียวทั้งหมดและสิ่งมีชีวิตออโตโทรฟิคอื่นๆ อีกสองสามชนิดอาศัยการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อใช้คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และแสงแดดในการสังเคราะห์สารอาหาร ออกซิเจนเป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสง

เช่นเดียวกับพืชสีเขียว สิ่งมีชีวิตอื่นๆ ก็สามารถสังเคราะห์แสงได้เช่นกัน ซึ่งรวมถึงโปรคาริโอต เช่น แบคทีเรียสีม่วง ไซยาโนแบคทีเรีย และแบคทีเรียกำมะถันสีเขียว

ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถแสดงได้ดังนี้:

คาร์บอนไดออกไซด์ + น้ำ ========= กลูโคส + ออกซิเจน

(แสงแดด)

ความสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการดำรงอยู่ของทุกชีวิตบนโลก มันมีบทบาทสำคัญในห่วงโซ่อาหาร ช่วยให้พืชสร้างอาหารได้ ทำให้เป็นแหล่งผลิตหลัก

การสังเคราะห์ด้วยแสงยังปล่อยออกซิเจนออกสู่ชั้นบรรยากาศ สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ต้องการออกซิเจนเพื่อความอยู่รอด

เว็บไซต์ของการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ในพืชและสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน ส่วนสีเขียวทั้งหมดของพืช รวมถึงลำต้นสีเขียว ใบไม้สีเขียว และกลีบเลี้ยงมีคลอโรพลาสต์

คลอโรพลาสต์มีอยู่ในเซลล์พืชเท่านั้นและอยู่ภายในเซลล์มีโซฟิลล์ของใบ

สมการการสังเคราะห์ด้วยแสง

ในการสังเคราะห์ด้วยแสง คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำจะทำปฏิกิริยากันจนเกิดเป็นผลิตภัณฑ์ 2 ชนิด ได้แก่ ออกซิเจนและกลูโคส นี่คือปฏิกิริยาดูดความร้อน

6CO ₂ + 6H ₂ O = C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂

ไม่เหมือนพืช แบคทีเรียบางชนิดไม่ได้ผลิตออกซิเจนเป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสง แบคทีเรียที่ไม่ผลิตออกซิเจนเป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสงเรียกว่าแบคทีเรียสังเคราะห์แสงแบบอะออกซิเจน แบคทีเรียที่ผลิตออกซิเจนเป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสงเรียกว่าแบคทีเรียสังเคราะห์แสงด้วยออกซิเจน

เม็ดสีสังเคราะห์แสง

เม็ดสีในใบมีสี่ประเภท:

1. คลอโรฟิลล์ เอ
2. คลอโรฟิลล์ บี
3. แซนโทฟิลล์
4. แคโรทีนอยด์

ขั้นตอนของกระบวนการ

ในระดับเซลล์ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในออร์แกเนลล์ของเซลล์ที่เรียกว่าคลอโรพลาสต์ ออร์แกเนลล์เหล่านี้มีรงควัตถุสีเขียวที่เรียกว่าคลอโรฟิลล์ ซึ่งมีหน้าที่ทำให้ใบไม้มีลักษณะเป็นสีเขียว

โครงสร้างใบประกอบด้วยก้านใบ หนังกำพร้า และแผ่นใบ แผ่นลามินาใช้สำหรับการดูดซับแสงแดดและคาร์บอนไดออกไซด์ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

• ในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง คาร์บอนไดออกไซด์จะเข้าสู่ปากใบ น้ำจะถูกดูดซับโดยขนของรากจากดิน และถูกลำเลียงไปยังใบผ่านทางท่อไซเลม คลอโรฟิลล์ดูดซับพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์เพื่อแยกโมเลกุลของน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน
• ไฮโดรเจนจากโมเลกุลของน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ที่ถูกดูดซับจากอากาศถูกนำมาใช้ในการผลิตกลูโคส นอกจากนี้ออกซิเจนยังถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศผ่านทางใบไม้ซึ่งเป็นของเสีย
• กลูโคสเป็นแหล่งอาหารของพืชที่ให้พลังงานในการเจริญเติบโตและพัฒนาการ ส่วนที่เหลือจะถูกเก็บไว้ในราก ใบ และผลเพื่อใช้ในภายหลัง
• รงควัตถุเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของเซลล์อื่น ๆ ของการสังเคราะห์ด้วยแสง พวกมันคือโมเลกุลที่ให้สีและดูดซับแสงที่ความยาวคลื่นจำเพาะและสะท้อนแสงที่ไม่ถูกดูดซับกลับมา พืชสีเขียวทั้งหมดส่วนใหญ่ประกอบด้วยคลอโรฟิลล์เอ คลอโรฟิลล์บี และแคโรทีนอยด์ซึ่งมีอยู่ในไทลาคอยด์ของคลอโรพลาสต์ ใช้เพื่อจับพลังงานแสงเป็นหลัก คลอโรฟิลล์-เอเป็นเม็ดสีหลัก

การสังเคราะห์แสงสองขั้นตอน

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในสองขั้นตอน:

• ปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับแสงหรือปฏิกิริยาแสง
• ปฏิกิริยาอิสระแสงหรือปฏิกิริยาที่มืด

ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงหรือปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสง

• การสังเคราะห์ด้วยแสงเริ่มต้นด้วยปฏิกิริยาแสง จะดำเนินการเฉพาะในระหว่างวันเมื่อมีแสงแดดเท่านั้น ในพืช ปฏิกิริยาแสงเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ของคลอโรพลาสต์
• ภายในเยื่อไทลาคอยด์มีโครงสร้างคล้ายถุงที่เรียกว่ากรานาซึ่งรวบรวมแสง
• พลังงานแสงจะถูกแปลงเป็น ATP และ NADPH ซึ่งใช้ในระยะที่สองของการสังเคราะห์ด้วยแสง น้ำถูกใช้และผลิตออกซิเจน

สมการทางเคมีในปฏิกิริยาแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถลดลงได้เป็น:

2H ₂ O + 2NADP + 3ADP + 3Pi = O ₂ + 2NADPH + 3ATP

ปฏิกิริยามืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงหรือปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสง

• สิ่งนี้เรียกว่าปฏิกิริยาการตรึงคาร์บอน
• เป็นกระบวนการที่ไม่ขึ้นกับแสงซึ่งโมเลกุลน้ำตาลเกิดขึ้นจากน้ำและโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์
• ปฏิกิริยาความมืดเกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์โดยที่พวกมันใช้ผลิตภัณฑ์ NADPH และ ATP ของปฏิกิริยาแสง
• พืชจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศผ่านทางปากใบและเข้าสู่วัฏจักรคาลวิน
• ในวัฏจักรคาลวิน ATP และ NADPH ที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาแสงจะกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาและแปลงคาร์บอนไดออกไซด์หกโมเลกุลให้เป็นโมเลกุลน้ำตาลหรือกลูโคสหนึ่งโมเลกุล

สมการทางเคมีสำหรับปฏิกิริยาความมืดคือ

3CO ₂ + 6NADPH + 5H ₂ O + 9ATP = G3P + 2H + 6NADP + 9ADP +8Pi

(โดยที่ G3P คือ กลีเซอราลดีไฮด์-3-ฟอสเฟต)