การสังเคราะห์ด้วยแสง (Photo Synthes

การสังเคราะห์ด้วยแสง (Photo Synthesis)

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นกระบวนการที่พืชและสิ่งมีชีวิตเปลี่ยนพลังงานแสงให้มาอยู่ในรูปของพลังงานเคมีที่อยู่ในโมเลกุลของสารอินทรีย์ที่สร้างขึ้น พลังงานที่อยู่ในโมเลกุลสารอินทรีย์นี้ ถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานในการดำรงชีวิตของพืชและสิ่งมีชีวิตทั้งหลายบนโลก กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงนี้อาจถือได้ว่าเป็นเพียงกระบวนการเดียวของพืชและสิ่งมีชีวิตที่สามารถดึงพลังงานจากดวงอาทิตย์ให้เข้ามาหมุนเวียนในโลก

พืชรับพลังงานแสงโดยวิธีใด

พืชและ/หรือสิ่งมีชีวิตที่มีกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง จะต้องมีสารที่มีความสามารถในการดูดกลืนพลังงานแสง แล้วนำพลังงานนั้นไปใช้ในการสร้างพันธะเคมี (chemical bond) ในโมเลกุลของสารอินทรีย์

โมเลกุลที่มีความสามารถในการดูดกลืนแสงที่มีอยู่ในพืชและสิ่งมีชีวิตนี้คือ รงควัตถุ (pigment) รงควัตถุที่ใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthetic pigment) สามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภทใหญ่ๆ ตามลักษณะของโครงสร้างของโมเลกุล ได้แก่

1. Chlorophyll
เป็นรงควัตถุที่พบทั่วไปในพืชและสิ่งมีชีวิตทีมีกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง โครงสร้างประกอบไปด้วยส่วนที่เป็น porphyrin-like structure ซึ่งมี Mg2+ อยู่ส่วนกลางของโครงสร้าง และส่วนที่เป็นสายยาวของไฮโดรคาร์บอน ซึ่งเป็นส่วนที่เป็น hydrophobic region ซึ่งฝังตัวอยู่บน photosynthetic membrane ในคลอโรพลาสต์

2. Phycobilins
เป็นรงควัตถุที่เป็น accessory light-harvesting pigments ที่พบใน cyanobacteria และสาหร่ายสีแดง มีโครงสร้างเป็น open-chain tetrapyrroles
phycobilins ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงที่เป็นที่ทราบกันโดยทั่วไปมี 3 ชนิดคือ phycoerythrin (หรือ phycoerythrobilin) phycocyanin (หรือ phycocyanobilin) และ allophycocyanin (allophycocyanobilin) ซึ่งทั้งสามชนิดนี้จะไม่พบในพืชชั้นสูง แต่พบเฉพาะใน cyanobacteria และสาหร่ายสีแดงเท่านั้น

3. Carotenoids
กลุ่มรงควัตถุที่มีสีเหลือง-ส้ม พบทั่วไปในพืชและสิ่งมีชีวิตที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้ มีหน้าที่ในการช่วยรับพลังงานแสง accessory light-harvesting pigment เพื่อการสังเคราะห์ด้วยแสง และทำหน้าที่ในการป้องกันอันตรายจากแสง (photoprotective agents)
เป็นกลุ่มรงควัตถุที่มีสีเหลือง-ส้ม พบทั่วไปในพืชและสิ่งมีชีวิตที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้ มีหน้าที่ในการช่วยรับพลังงานแสง accessory light-harvesting pigment เพื่อการสังเคราะห์ด้วยแสง และทำหน้าที่ในการป้องกันอันตรายจากแสง (photoprotective agents)
โครงสร้างหลักของรงควัตถุกลุ่มนี้คือ การเป็นสายไฮโดรคาร์บอน ซึ่งประกอบด้วยคาร์บอน 40 อะตอม ซึ่งสามารถจำแนกได้เป็น 2 กลุ่มย่อยคือ carotenes และ xanthophylls
Carotenes เป็นรงควัตถุที่มีสีส้ม หรือส้ม-แดง เป็นสายยาวของไฮโดรคาร์บอน ส่วน xanthophyll มีสีเหลือง หรือส้ม-เหลือง ซึ่งนอกจากจะประกอบด้วยสายยาวของไฮโดรคาร์บอน แล้ว ยังมี O เป็นองค์ประกอบอีกด้วย ซึ่ง xanthophylls มีหลายชนิดขึ้นอยู่กับระดับ oxidation ของโมเลกุล

พืชและสิ่งมีชีวิตที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้

พืชและสิ่งมีชีวิตที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้ มีทั้งที่เป็น prokaryote และ eukaryote กลุ่มที่เป็น prokaryote ได้แก่ แบคทีเรียที่สังคราะห์ด้วยแสงได้ (photosynthetic bacteria) และ cyanobacteria ส่วนพวก eukaryote ที่สังเคราะห์แสงได้ ได้แก่ สาหร่ายชนิดต่างๆ มอส เฟิร์น สน ปรง และพืชมีดอก ซึ่งสร้างรงควัตถุที่พืชและสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดใช้ในการรับพลังงานแสงเพื่อนำมาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ก็อาจจะแตกต่างกันไป

การดูดกลืนแสงของรงควัตถุ (Light absorption)

รงควัตถุที่ใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง มีความสามารถในการดูดกลืนแสงในช่วงคลื่นต่างๆ กัน

แสงธรรมชาติที่พบ จะประกอบด้วยแสงที่ช่วงความยาวคลื่นต่างๆ กัน แสงในช่วงคลื่นที่เราสามารถมองเห็นได้ (visible light) จะอยู่ในช่วงความยาวคลื่น 400-700 นาโนเมตร

รงควัตถุที่ใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงอยู่ที่ใด

เมื่อพิจารณาโครงสร้างของรงควัตถุที่ใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงทั้งสามกลุ่ม จะพบว่ามีสมบัติร่วมกันคือ มีส่วนของโมเลกุลที่มีชั้วต่ำ หรือไม่มีขั้ว ดังนั้นโมเลกุลเหล่านี้จะฝังตัวอยู่บนเมมเบรนภายในเซลล์ ในพืชและสิ่งมีชีวิตที่เป็น prokaryote รงควัตถุเหล่านี้จะฝังตัวอยู่บน photosynthetic membrane ในขณะที่พืชและสิ่งมีชีวิตกลุ่ม eukaryote จะมีออร์กาแนลล์ที่ทำหน้าที่ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยเฉพาะ คือ คลอโรพลาสต์

คลอโรพลาสต์ส่วนใหญ่ เป็นออร์กาแนลล์รูปร่างกลมรี สามารถเห็นได้ชัดเจนด้วยกล้องจุลทรรศน์ (light microscope) คลอโรพลาสต์มีเยื่อหุ้มเป็น 2 ชั้น คือ เยื่อหุ้มชั้นนอก (outer membrane) และเยื่อหุ้มชั้นใน (inner membrane) ภายในบรรจุของเหลวซึ่งมีเอนไซม์ที่ใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงละลายอยู่หลายชนิด เรียกส่วนของเหลวนี้ว่า stroma เมื่อตัดผ่านคลอโรพลาสต์และศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเลคตรอน จะพบว่าภายในจะเห็นลักษณะเป็น membrane ซ้อนทับกันอยู่เป็นกลุ่มๆ แผ่นเยื่อ (membrane) ที่อยู่ภายในคลอโรพลาสต์นี้เรียกว่า ไทลาคอยด์ (thylakoid membrane) บางส่วนของไทลาคอยด์จะอยู่ซ้อนทับกันเป็นชั้นๆ เรียกชั้นของไทลาคอยด์นี้ว่า กรานุม (granum) (พหูพจน์คือ กรานา(grana)) หรือ grana lamellae และส่วนที่ไม่ได้ซ้อนทับกันเรียกว่า stroma lamellae หรือ stroma thylakoid thylakoid membrane นี้เองที่เป็นตำแหน่งที่อยู่ของรงควัตถุที่ใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

บริเวณกรานุม ซึ่งคือไทลาคอยด์ที่ซ้อนทับกันเป็นชั้นๆ นั้น ถ้าพิจารณาในรายละเอียดจะพบว่า การซ้อนทับกันเป็นการซ้อนที่มีลักษณะเป็นถุงกลมแบน วางซ้อนกันเป็นชั้นๆ ภายในถุงมีของเหลวบรรจุอยู่ เรียกส่วนภายในถุงนี้ว่า lumen หรือ thylakoid space

กลไกในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

ในการเปลี่ยนพลังงานแสงให้อยู่ในรูปของพลังงานเคมีในโมเลกุลของสารอินทรีย์นั้น จะแบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอนคือ

ปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสง (Light reaction)
ปฏิกิริยาการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 fixation reaction)
ปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสง เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นบริเวณไทลาคอยด์ เป็นการที่รงควัตถุรับพลังงานแสง แล้วนำพลังงานนั้นมาใช้ในการสร้างสารที่มีพลังงานสูง ซึ่งได้แก่ ATP และ NADPH เพื่อที่จะได้นำพลังงานจากโมเลกุลเหล่านี้ไปใช้ในการสร้างสารอินทรีย์ในกระบวนการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ต่อไป ซึ่งเกิดขึ้นบริเวณ สโตรมาในคลอโรพลาสต์

ปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสง

รงควัตถุชนิดต่างๆ ที่อยู่บนไทลาคอยด์ จะอยู่รวมกันเป็นกลุ่มโดยมีการเกาะตัวอยู่กับโปรตีนหลายชนิ

ผลลัพธ์ (อังกฤษ) 3:

Photosynthesis (Photo Synthesis).The photosynthesis process. Is a process that plants and organisms change light energy to come in the form of chemical energy in organic molecules is created. Energy in organic molecules. Be used as a source of energy in the life of plants and living things on the earth. The photosynthesis process, this may be considered to be only a single process of plants and organisms that can draw energy from the sun into the circulation in the world.Plants get light energy in any wayPlants and / or creatures with the photosynthesis process. Must have the ability to absorb light energy. The energy used to create bonds (chemical bond) in the molecules of organic compounds.Molecules capable of light absorption in plants and creatures is a pigment (pigment) pigment used in the photosynthesis process. (photosynthetic pigment) can be divided into 3 big categories. According to the characteristics of the structure of molecules, including1. Chlorophyll.A pigment found common in plants and creatures with the photosynthesis process. The structure consists of the porphyrin-like structure which has Mg2 + at central of the structure. And the long line of hydrocarbon, which is part of a hydrophobic region which embedded on the photosynthetic membrane in chloroplast2. Phycobilins.A pigment that is accessory light-harvesting pigments found in cyanobacteria and red algae. The structure is open-chain. Tetrapyrroles.Phycobilins associated with photosynthesis process that is known in general have 3 type is phycoerythrin (or phycoerythrobilin). Phycocyanin (or phycocyanobilin) and allophycocyanin (allophycocyanobilin) the three species are not found in higher plants, but found only in Cyanobacteria and red algae.3. Carotenoids.The pigment with a yellow - orange. Commonly found in plants and creatures can be synthesized by light. Obligation to help get the light energy accessory light-harvesting pigment to photosynthesis. And served in protection from light (photoprotective agents).Group with a yellow - orange pigment Commonly found in plants and creatures can be synthesized with light duty.