ระยะแสงของการสังเคราะห์แสง กระบวนการสังเคราะห์แสง: กระชับและเข้าใจง่ายสำหรับเด็ก การสังเคราะห์ด้วยแสง: ระยะสว่างและระยะมืด ระยะความมืดเกิดขึ้นในช่วงเวลาใดของวัน

แนวคิดพื้นฐานและคำศัพท์สำคัญ: การสังเคราะห์ด้วยแสง คลอโรฟิลล์. เฟสแสง เฟสมืด

จดจำ! การแลกเปลี่ยนพลาสติกคืออะไร?

คิด!

สีเขียวมักถูกกล่าวถึงในบทกวี ดังนั้น Bogdan-Igor Anto-nich มีบรรทัด: "... กวีนิพนธ์ที่เดือดพล่านและฉลาดเหมือนผักใบเขียว", "... พายุหิมะสีเขียวไฟสีเขียว",

"...ผักแม่น้ำขึ้นน้ำเขียว" สีเขียวเป็นสีแห่งการฟื้นฟู เป็นสัญลักษณ์ของความเยาว์วัย ความเงียบสงบ สีของธรรมชาติ

ทำไมพืชถึงมีสีเขียว?

เงื่อนไขในการสังเคราะห์แสงคืออะไร?

การสังเคราะห์ด้วยแสง (จากภาพถ่ายกรีก - แสง การสังเคราะห์ - การรวมกัน) เป็นกระบวนการแลกเปลี่ยนพลาสติกที่ซับซ้อนมาก นักวิทยาศาสตร์แยกแยะการสังเคราะห์ด้วยแสงสามประเภท: ออกซิเจน (ด้วยการปล่อยโมเลกุลออกซิเจนในพืชและไซยาโนแบคทีเรีย), anoxic (ด้วยการมีส่วนร่วมของ bacteriochlorophyll ภายใต้สภาวะที่ไม่ใช้ออกซิเจนโดยไม่มีการปล่อยออกซิเจนใน photobacteria) และปราศจากคลอโรฟิลล์ (ด้วยการมีส่วนร่วมของ bacteriorhodopsins ใน archaea) . ที่ระดับความลึก 2.4 กม. พบแบคทีเรียกำมะถันสีเขียว GSB1 ซึ่งใช้รังสีอ่อน ๆ ของผู้สูบบุหรี่สีดำแทนแสงแดด แต่ดังที่เค. สเวนสันเขียนไว้ในเอกสารเกี่ยวกับเซลล์: "แหล่งพลังงานหลักสำหรับสัตว์ป่าคือพลังงานของแสงที่มองเห็นได้"

ธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตที่พบได้บ่อยที่สุดคือการสังเคราะห์ด้วยแสงด้วยออกซิเจน ซึ่งต้องการพลังงานแสง คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ เอ็นไซม์ และคลอโรฟิลล์ แสงสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงถูกดูดซับโดยคลอโรฟิลล์ น้ำถูกส่งไปยังเซลล์ผ่านรูพรุนของผนังเซลล์ คาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่เซลล์โดยการแพร่กระจาย

เม็ดสีสังเคราะห์แสงหลักคือคลอโรฟิลล์ คลอโรฟิล (จากกรีกคลอโร - สีเขียวและไฟลอน - ใบไม้) เป็นเม็ดสีเขียวของพืชโดยมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์แสง สีเขียวของคลอโรฟิลล์เป็นอุปกรณ์สำหรับดูดซับรังสีสีน้ำเงินและสีแดงบางส่วน และรังสีสีเขียวก็สะท้อนออกมาจากร่างกายของพืช ตกลงมาบนเรตินาของดวงตามนุษย์ ระคายเคืองต่อโคน และทำให้ประสาทสัมผัสสีต่างๆ นั่นเป็นสาเหตุที่พืชมีสีเขียว!

นอกจากคลอโรฟิลล์แล้ว พืชยังมีแคโรทีนอยด์เสริม ไซยาโนแบคทีเรีย และสาหร่ายสีแดงมีไฟโคบิลิน สีเขียว

และแบคทีเรียสีม่วงประกอบด้วยแบคทีเรียที่ดูดซับรังสีสีน้ำเงิน ไวโอเล็ต และแม้กระทั่งอินฟราเรด

การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในพืชชั้นสูง สาหร่าย ไซยาโนแบคทีเรีย อาร์เคียบางชนิด ซึ่งก็คือในสิ่งมีชีวิตที่เรียกว่าโฟโตออโตโทรฟ การสังเคราะห์ด้วยแสงในพืชดำเนินการในคลอโรพลาสต์ในไซยาโนแบคทีเรียและโฟโตแบคทีเรีย - ในการบุกรุกภายในของเยื่อหุ้มเซลล์ด้วย photopigment

ดังนั้นการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงเป็นกระบวนการของการก่อตัวของสารประกอบอินทรีย์จากสารอนินทรีย์โดยใช้พลังงานแสงและด้วยการมีส่วนร่วมของเม็ดสีสังเคราะห์แสง

อะไรคือคุณสมบัติของระยะแสงและความมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง?

ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงจะแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน - ระยะแสงและความมืด (รูปที่ 49)

เฟสแสงของการสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นในเม็ดของคลอโรพลาสต์โดยมีส่วนร่วมของแสง ขั้นตอนนี้เริ่มต้นจากโมเมนต์ของการดูดกลืนควอนตัมแสงโดยโมเลกุลคลอโรฟิลล์ ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนของอะตอมแมกนีเซียมในโมเลกุลคลอโรฟิลล์จะเคลื่อนที่ไปยังระดับพลังงานที่สูงขึ้นและสะสมพลังงานศักย์ ส่วนสำคัญของอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นจะถ่ายโอนไปยังสารประกอบทางเคมีอื่นๆ เพื่อการก่อตัวของ ATP และการลดลงของ NADP (นิโคตินาไมด์ อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์ ฟอสเฟต) สารประกอบที่มีชื่อยาวเช่นนี้เป็นพาหะทางชีวภาพสากลของไฮโดรเจนในเซลล์ ภายใต้อิทธิพลของแสงกระบวนการการสลายตัวของน้ำ - โฟโตไลซิสเกิดขึ้น สิ่งนี้สร้างอิเล็กตรอน (e“), โปรตอน (H +) และเป็นผลพลอยได้จากโมเลกุลออกซิเจน โปรตอนไฮโดรเจน H+ โดยการติดอิเล็กตรอนที่มีระดับพลังงานสูง จะกลายเป็นไฮโดรเจนอะตอม ซึ่งใช้เพื่อลด NADP+ เป็น NADP N. ดังนั้นกระบวนการหลักของเฟสแสงคือ: 1) photolysis ของน้ำ (การแยกน้ำภายใต้การกระทำของแสงด้วยการก่อตัวของออกซิเจน); 2) การลดลงของ NADP (การเพิ่มอะตอมไฮโดรเจนลงใน NADP); 3) photophosphorylation (การก่อตัวของ ATP จาก ADP)

ดังนั้น เฟสของแสงจึงเป็นชุดของกระบวนการที่รับประกันการก่อตัวของโมเลกุลออกซิเจน อะตอมไฮโดรเจน และ ATP เนื่องจากพลังงานแสง

เฟสมืดของการสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์ กระบวนการของมันไม่ได้ขึ้นอยู่กับแสงและสามารถดำเนินการได้ทั้งในที่สว่างและในความมืด ขึ้นอยู่กับความต้องการของเซลล์สำหรับกลูโคส พื้นฐานของเฟสมืดคือปฏิกิริยาแบบวัฏจักรที่เรียกว่าวัฏจักรการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์หรือวัฏจักรคาลวิน กระบวนการนี้ได้รับการศึกษาครั้งแรกโดย Melvin Calvin นักชีวเคมีชาวอเมริกัน (1911 - 1997) ผู้ชนะรางวัลโนเบลสาขาเคมี (1961) ในช่วงมืด กลูโคสจะถูกสังเคราะห์จากคาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจนจาก NADP และพลังงานของ ATP ปฏิกิริยาการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ถูกกระตุ้นโดยไรบูโลส บิสฟอสเฟต คาร์บอกซิเลส (รูบิสโก) ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่พบได้บ่อยที่สุดในโลก

ดังนั้น เฟสมืดคือชุดของปฏิกิริยาแบบวัฏจักรที่ต้องขอบคุณพลังงานเคมีของ ATP ที่ช่วยสร้างกลูโคสโดยใช้คาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นแหล่งของคาร์บอน และน้ำซึ่งเป็นแหล่งของไฮโดรเจน

บทบาทของดาวเคราะห์ในการสังเคราะห์แสงคืออะไร?

ความสำคัญของการสังเคราะห์แสงสำหรับชีวมณฑลไม่สามารถประเมินค่าสูงไปได้ โดยผ่านกระบวนการนี้เองที่พลังงานแสงของดวงอาทิตย์จะถูกแปลงโดยโฟโตออโตโทรฟเป็นพลังงานเคมีของคาร์โบไฮเดรต ซึ่งโดยทั่วไปจะให้อินทรียวัตถุเบื้องต้น ห่วงโซ่อาหารเริ่มต้นด้วยมันซึ่งพลังงานจะถูกถ่ายโอนไปยังสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน พืชทำหน้าที่เป็นอาหารสำหรับสัตว์กินพืชซึ่งได้รับสารอาหารที่จำเป็นผ่านสิ่งนี้ จากนั้นสัตว์กินพืชก็กลายเป็นอาหารสำหรับผู้ล่าพวกเขายังต้องการพลังงานโดยที่ชีวิตเป็นไปไม่ได้

พืชจับพลังงานเพียงส่วนเล็ก ๆ ของดวงอาทิตย์และใช้สำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง พลังงานของดวงอาทิตย์ส่วนใหญ่ใช้ในการระเหยและรักษาอุณหภูมิของพื้นผิวโลก ดังนั้นมีเพียงประมาณ 40 - 50% ของพลังงานแสงอาทิตย์ที่แทรกซึมเข้าไปในชีวมณฑล และมีเพียง 1 - 2% ของพลังงานแสงอาทิตย์เท่านั้นที่ถูกแปลงเป็นสารอินทรีย์สังเคราะห์

พืชสีเขียวและไซยาโนแบคทีเรียส่งผลต่อองค์ประกอบของก๊าซในบรรยากาศ ออกซิเจนทั้งหมดในบรรยากาศสมัยใหม่เป็นผลมาจากการสังเคราะห์ด้วยแสง การก่อตัวของชั้นบรรยากาศเปลี่ยนสถานะของพื้นผิวโลกโดยสิ้นเชิง ทำให้การหายใจแบบใช้ออกซิเจนเกิดขึ้นได้ ต่อมาในกระบวนการวิวัฒนาการ หลังจากการก่อตัวของชั้นโอโซน สิ่งมีชีวิตก็ขึ้นฝั่ง นอกจากนี้ การสังเคราะห์ด้วยแสงยังช่วยป้องกันการสะสมของ CO 2 และปกป้องโลกจากความร้อนสูงเกินไป

ดังนั้นการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงมีความสำคัญต่อดาวเคราะห์ ทำให้แน่ใจได้ว่าธรรมชาติของดาวเคราะห์โลกมีอยู่จริง

กิจกรรม จับคู่ภารกิจ

ใช้ตารางเปรียบเทียบการสังเคราะห์ด้วยแสงกับการหายใจแบบใช้ออกซิเจนและสรุปความสัมพันธ์ระหว่างการเผาผลาญของพลาสติกและพลังงาน

ลักษณะเปรียบเทียบของการสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจแบบแอโรบิก

งานแอปพลิเคชันความรู้

รับรู้และตั้งชื่อระดับการจัดระเบียบของกระบวนการสังเคราะห์แสงในพืช ตั้งชื่อการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตพืชเพื่อการสังเคราะห์แสงในระดับต่าง ๆ ขององค์กร

ทัศนคติ ชีววิทยา + วรรณกรรม

K.A. Timiryazev (1843 - 1920) หนึ่งในนักวิจัยที่มีชื่อเสียงที่สุดด้านการสังเคราะห์ด้วยแสงเขียนว่า: “เม็ดสีเขียวของคลอโรฟิลล์ด้วยกล้องจุลทรรศน์เป็นจุดโฟกัส ซึ่งเป็นจุดในอวกาศโลกที่พลังงานของดวงอาทิตย์ไหลจากปลายด้านหนึ่งไป และ การสำแดงทั้งหมดของชีวิตมีต้นกำเนิดมาจากที่อื่นบนพื้นดิน มันคือโพรมีธีอุสตัวจริงที่ขโมยไฟมาจากฟากฟ้า แสงอาทิตย์ที่ขโมยไปจากเขานั้นแผดเผาทั้งในขุมนรกที่ส่องแสงระยิบระยับและในประกายไฟฟ้าอันเจิดจ้า รัศมีของดวงอาทิตย์ตกล้อมู่เล่ของเครื่องจักรไอน้ำขนาดยักษ์ แปรงของศิลปิน และปากกาของกวี ใช้ความรู้ของคุณและพิสูจน์คำกล่าวที่ว่ารังสีของดวงอาทิตย์ทำให้ปากกาของกวีเคลื่อนไหว

นี่คือเนื้อหาในตำราเรียน

การสังเคราะห์ด้วยแสงคือการแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานพันธะเคมีสารประกอบอินทรีย์.

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นลักษณะเฉพาะของพืช รวมถึงสาหร่ายทั้งหมด โปรคาริโอตจำนวนหนึ่ง รวมทั้งไซยาโนแบคทีเรีย และยูคาริโอตที่มีเซลล์เดียวบางชนิด

ในกรณีส่วนใหญ่ การสังเคราะห์ด้วยแสงจะผลิตออกซิเจน (O2) เป็นผลพลอยได้ อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่กรณีเสมอไป เนื่องจากมีหลายเส้นทางที่แตกต่างกันสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง ในกรณีของการปล่อยออกซิเจน แหล่งที่มาของมันคือน้ำ ซึ่งอะตอมของไฮโดรเจนจะถูกแยกออกเพื่อความต้องการในการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงประกอบด้วยปฏิกิริยาหลายอย่างซึ่งมีเม็ดสี เอ็นไซม์ โคเอ็นไซม์ ฯลฯ เข้าร่วมด้วย เม็ดสีหลัก ได้แก่ คลอโรฟิลล์ แคโรทีนอยด์ และไฟโคบิลิน

ในธรรมชาติ การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชมีอยู่สองวิธี: C 3 และ C 4 สิ่งมีชีวิตอื่นมีปฏิกิริยาเฉพาะของตัวเอง สิ่งที่รวมกระบวนการต่าง ๆ เหล่านี้เข้าด้วยกันภายใต้คำว่า "การสังเคราะห์ด้วยแสง" ก็คือในทั้งหมดนั้น การแปลงพลังงานโฟตอนเป็นพันธะเคมีเกิดขึ้นทั้งหมด สำหรับการเปรียบเทียบ: ในระหว่างการสังเคราะห์ทางเคมี พลังงานของพันธะเคมีของสารประกอบบางชนิด (อนินทรีย์) จะถูกแปลงเป็นพลังงานอื่น - อินทรีย์

การสังเคราะห์แสงมีสองขั้นตอน - แสงและความมืดสิ่งแรกขึ้นอยู่กับการแผ่รังสีแสง (hν) ซึ่งจำเป็นสำหรับปฏิกิริยาที่จะดำเนินการ เฟสมืดเป็นอิสระจากแสง

ในพืช การสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทั้งหมดจะเกิดสารอินทรีย์ปฐมภูมิจากการสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรต กรดอะมิโน กรดไขมัน ฯลฯ โดยปกติแล้ว ปฏิกิริยาทั้งหมดของการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเขียนขึ้นโดยสัมพันธ์กับ กลูโคส - ผลิตภัณฑ์ที่พบบ่อยที่สุดของการสังเคราะห์ด้วยแสง:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

อะตอมของออกซิเจนที่ประกอบเป็นโมเลกุล O 2 ไม่ได้ถูกพรากไปจากคาร์บอนไดออกไซด์ แต่มาจากน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์เป็นแหล่งของคาร์บอนซึ่งสำคัญกว่า เนื่องจากมีผลผูกพันพืชจึงมีโอกาสที่จะสังเคราะห์สารอินทรีย์

ปฏิกิริยาเคมีที่นำเสนอข้างต้นเป็นแบบทั่วไปและแบบรวม มันอยู่ไกลจากแก่นแท้ของกระบวนการ ดังนั้น กลูโคสจึงไม่เกิดมาจากคาร์บอนไดออกไซด์ 6 โมเลกุล การจับกันของ CO 2 เกิดขึ้นในโมเลกุลเดียว ซึ่งอันดับแรกจะเกาะติดกับน้ำตาลห้าคาร์บอนที่มีอยู่แล้ว

โปรคาริโอตมีลักษณะเฉพาะของการสังเคราะห์ด้วยแสง ดังนั้นในแบคทีเรีย เม็ดสีหลักคือแบคทีเรียคลอโรฟิลล์ และออกซิเจนจะไม่ถูกปล่อยออกมา เนื่องจากไฮโดรเจนไม่ได้ถูกดึงออกจากน้ำ แต่มักมาจากไฮโดรเจนซัลไฟด์หรือสารอื่นๆ ในสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน เม็ดสีหลักคือคลอโรฟิลล์ และออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ในระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง ATP และ NADP·H 2 ถูกสังเคราะห์ขึ้นเนื่องจากพลังงานการแผ่รังสีมันเกิดขึ้น บนไทลาคอยด์ของคลอโรพลาสต์ที่ซึ่งเม็ดสีและเอ็นไซม์สร้างสารเชิงซ้อนที่ซับซ้อนสำหรับการทำงานของวงจรไฟฟ้าเคมี ซึ่งอิเล็กตรอนและโปรตอนไฮโดรเจนบางส่วนจะถูกถ่ายเท

อิเล็กตรอนจะไปสิ้นสุดที่โคเอ็นไซม์ NADP ซึ่งมีประจุลบดึงดูดโปรตอนบางตัวมาที่ตัวมันเองและเปลี่ยนเป็น NADP H 2 นอกจากนี้ การสะสมของโปรตอนที่ด้านหนึ่งของเมมเบรนไทลาคอยด์และอิเล็กตรอนที่อีกด้านหนึ่งทำให้เกิดการไล่ระดับเคมีไฟฟ้า ซึ่งเอนไซม์ ATP synthetase จะใช้ศักยภาพในการสังเคราะห์ ATP จาก ADP และกรดฟอสฟอริก

เม็ดสีหลักของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือคลอโรฟิลล์ต่างๆ โมเลกุลของพวกมันจับการแผ่รังสีของสเปกตรัมแสงบางส่วนที่ต่างกันบางส่วน ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนของโมเลกุลคลอโรฟิลล์บางตัวจะเคลื่อนที่ไปสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้น นี่เป็นสถานะที่ไม่เสถียรและในทางทฤษฎีแล้วอิเล็กตรอนควรให้พลังงานที่ได้รับจากภายนอกสู่อวกาศและกลับสู่ระดับก่อนหน้าโดยการแผ่รังสีเดียวกันโดยใช้รังสีเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ในเซลล์สังเคราะห์แสง อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นจะถูกจับโดยตัวรับ และด้วยพลังงานที่ลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป จะถูกถ่ายโอนไปตามสายโซ่ของตัวพา

บนเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ มีระบบแสงสองประเภทที่ปล่อยอิเล็กตรอนเมื่อสัมผัสกับแสง Photosystems เป็นคอมเพล็กซ์ที่ซับซ้อนของสีคลอโรฟิลล์ส่วนใหญ่โดยมีจุดศูนย์กลางปฏิกิริยาซึ่งอิเล็กตรอนจะถูกฉีกออก ในระบบภาพถ่าย แสงแดดจับโมเลกุลจำนวนมาก แต่พลังงานทั้งหมดถูกรวบรวมไว้ที่ศูนย์ปฏิกิริยา

อิเล็กตรอนของระบบภาพถ่าย I เมื่อผ่านสายโซ่ของพาหะแล้ว ฟื้นฟู NADP

พลังงานของอิเล็กตรอนที่แยกออกจากระบบภาพถ่าย II ใช้เพื่อสังเคราะห์ ATPและอิเล็กตรอนของระบบภาพถ่าย II จะเติมรูอิเล็กตรอนของระบบภาพถ่าย I

รูของระบบภาพถ่ายที่สองเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนที่เกิดจาก โฟโตไลซิสในน้ำ. โฟโตไลซิสยังเกิดขึ้นได้ด้วยการมีส่วนร่วมของแสงและประกอบด้วยการสลายตัวของ H 2 O เป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และออกซิเจน เป็นผลมาจากโฟโตไลซิสของน้ำที่สร้างออกซิเจนอิสระ โปรตอนมีส่วนร่วมในการสร้างเกรเดียนต์เคมีไฟฟ้าและการลดลงของ NADP คลอโรฟิลล์ของระบบภาพถ่าย II ได้รับอิเล็กตรอน

สมการสรุปโดยประมาณของเฟสแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง:

H 2 O + NADP + 2ADP + 2P → ½O 2 + NADP H 2 + 2ATP

การขนส่งอิเล็กตรอนแบบวัฏจักร

ที่เรียกว่า ระยะการสังเคราะห์แสงที่ไม่เป็นวัฏจักร. มีอีกไหมค่ะ การขนส่งอิเล็กตรอนแบบวัฏจักรเมื่อไม่มีการลด NADP. ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนจากระบบแสง ฉันไปที่สายโซ่พาหะ ซึ่ง ATP ถูกสังเคราะห์ขึ้น นั่นคือ ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนนี้รับอิเล็กตรอนจากระบบแสง I ไม่ใช่ II ระบบภาพถ่ายแรกนั้นใช้วัฏจักร: อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจะกลับสู่สภาพเดิม ระหว่างทางพวกเขาใช้พลังงานส่วนหนึ่งในการสังเคราะห์ ATP

โฟโตฟอสโฟรีเลชั่นและฟอสโฟรีเลชั่นออกซิเดชัน

ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถเปรียบเทียบได้กับระยะการหายใจของเซลล์ - ออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชันซึ่งเกิดขึ้นบนคริสเตยล การสังเคราะห์เอทีพีก็เกิดขึ้นเช่นกันเนื่องจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและโปรตอนไปตามสายโซ่พาหะ อย่างไรก็ตาม ในกรณีของการสังเคราะห์ด้วยแสง พลังงานจะถูกเก็บไว้ใน ATP ไม่ใช่สำหรับความต้องการของเซลล์ แต่สำหรับความต้องการของระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นหลัก และถ้าในระหว่างการหายใจสารอินทรีย์ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานเริ่มต้น ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงก็จะเป็นแสงแดด การสังเคราะห์เอทีพีในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงเรียกว่า โฟโตฟอสโฟรีเลชั่นมากกว่าการออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่น

ระยะมืดของการสังเคราะห์แสง

เป็นครั้งแรกที่ Calvin, Benson, Bassem ศึกษาช่วงมืดของการสังเคราะห์แสงอย่างละเอียด วัฏจักรของปฏิกิริยาที่ค้นพบในภายหลังเรียกว่าวัฏจักรคาลวินหรือ C 3 - การสังเคราะห์ด้วยแสง ในพืชบางกลุ่มจะสังเกตเห็นเส้นทางการสังเคราะห์ด้วยแสงที่ดัดแปลง - C 4 หรือที่เรียกว่าวัฏจักร Hatch-Slack

ในปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงที่มืด CO 2 จะได้รับการแก้ไขเฟสมืดเกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์

การนำ CO 2 กลับมาใช้ใหม่เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานของ ATP และกำลังรีดิวซ์ของ NADP·H 2 ที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาเบา หากไม่มีพวกมัน การตรึงคาร์บอนจะไม่เกิดขึ้น ดังนั้นแม้ว่าเฟสมืดไม่ได้ขึ้นอยู่กับแสงโดยตรง แต่ก็มักจะส่องผ่านแสงด้วย

วัฏจักรคาลวิน

ปฏิกิริยาแรกของเฟสมืดคือการเติม CO 2 ( คาร์บอกซิเลชันอี) ถึง 1,5-ไรบูโลส ไบฟอสเฟต ( ไรบูโลส 1,5-ไดฟอสเฟต) – RiBF. หลังเป็นไรโบสฟอสโฟรีเลตทวีคูณ ปฏิกิริยานี้เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ไรบูโลส-1,5-ไดฟอสเฟตคาร์บอกซิเลสหรือที่เรียกว่า rubisco.

อันเป็นผลมาจากคาร์บอกซิเลชันทำให้เกิดสารประกอบหกคาร์บอนที่ไม่เสถียรซึ่งเป็นผลมาจากการไฮโดรไลซิสสลายตัวเป็นโมเลกุลสามคาร์บอนสองโมเลกุล กรดฟอสโฟกลีเซอริก (PGA)เป็นผลิตภัณฑ์แรกของการสังเคราะห์ด้วยแสง FHA เรียกอีกอย่างว่าฟอสโฟกลีเซอเรต

RiBP + CO 2 + H 2 O → 2FGK

FHA ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนสามอะตอม ซึ่งหนึ่งในนั้นเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มคาร์บอกซิลที่เป็นกรด (-COOH):

FHA ถูกเปลี่ยนเป็นน้ำตาลสามคาร์บอน (กลีเซอราลดีไฮด์ฟอสเฟต) ไตรโอส ฟอสเฟต (TF)ซึ่งรวมถึงกลุ่มอัลดีไฮด์ (-CHO):

FHA (3-กรด) → TF (3-น้ำตาล)

ปฏิกิริยานี้กินพลังงานของ ATP และกำลังรีดิวซ์ของ NADP · H 2 TF เป็นคาร์โบไฮเดรตตัวแรกของการสังเคราะห์ด้วยแสง

หลังจากนั้น ฟอสเฟตไตรโอสส่วนใหญ่ถูกใช้ในการสร้างไรบูโลส บิสฟอสเฟต (RiBP) ซึ่งถูกใช้อีกครั้งเพื่อจับ CO 2 . การสร้างใหม่เกี่ยวข้องกับชุดของปฏิกิริยาที่ใช้ ATP ซึ่งเกี่ยวข้องกับน้ำตาลฟอสเฟตที่มีอะตอมของคาร์บอน 3 ถึง 7 อะตอม

อยู่ในวัฏจักรของ RiBF ที่วงจร Calvin สิ้นสุดลง

ส่วนเล็ก ๆ ของ TF ที่เกิดขึ้นในนั้นออกจากวัฏจักรของคาลวิน ในแง่ของคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีพันธะ 6 โมเลกุล ผลผลิตคือไตรโอส ฟอสเฟต 2 โมเลกุล ปฏิกิริยาทั้งหมดของวัฏจักรกับผลิตภัณฑ์อินพุตและเอาต์พุต:

6CO 2 + 6H 2 O → 2TF

ในเวลาเดียวกัน โมเลกุล RiBP 6 ตัวมีส่วนร่วมในการจับและ 12 FHA ถูกสร้างขึ้นซึ่งถูกแปลงเป็น 12 TF ซึ่ง 10 โมเลกุลยังคงอยู่ในวงจรและถูกแปลงเป็น 6 โมเลกุล RiBP เนื่องจาก TF เป็นน้ำตาลคาร์บอนสามคาร์บอน และ RiBP เป็นน้ำตาลห้าคาร์บอน เมื่อเทียบกับอะตอมของคาร์บอน เราจึงมี: 10 * 3 = 6 * 5 จำนวนอะตอมของคาร์บอนที่ให้วัฏจักรไม่เปลี่ยนแปลง สิ่งที่จำเป็นทั้งหมด RiBP ถูกสร้างขึ้นใหม่ และคาร์บอนไดออกไซด์หกโมเลกุลที่รวมอยู่ในวัฏจักรนั้นถูกใช้ไปกับการก่อตัวของโมเลกุลไตรโอสฟอสเฟตสองโมเลกุลที่ออกจากวัฏจักร

วัฏจักรของ Calvin ที่อิงตามโมเลกุลของ CO 2 ที่ถูกผูกไว้ 6 ตัว ใช้โมเลกุล ATP 18 ตัวและโมเลกุล NADP · H 2 12 ตัว ซึ่งสังเคราะห์ขึ้นในปฏิกิริยาของเฟสแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง

การคำนวณจะดำเนินการสำหรับโมเลกุลฟอสเฟตไตรโอสสองโมเลกุลที่ออกจากวัฏจักร เนื่องจากโมเลกุลกลูโคสที่ก่อตัวขึ้นภายหลังประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน 6 อะตอม

ไตรโอส ฟอสเฟต (TF) เป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของวัฏจักรคาลวิน แต่แทบจะเรียกได้ว่าผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการสังเคราะห์ด้วยแสงแทบจะไม่ได้ เนื่องจากแทบไม่สะสม แต่ทำปฏิกิริยากับสารอื่น ๆ กลายเป็นกลูโคส ซูโครส แป้ง ไขมัน กรดไขมัน, กรดอะมิโน. นอกจาก TF แล้ว FHA ยังมีบทบาทสำคัญอีกด้วย อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาดังกล่าวไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะในสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงเท่านั้น ในแง่นี้ ระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเหมือนกับวัฏจักรของคาลวิน

PHA ถูกแปลงเป็นน้ำตาลหกคาร์บอนโดยการเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์แบบขั้นตอน ฟรุกโตส-6-ฟอสเฟตซึ่งกลายเป็น กลูโคส. ในพืช กลูโคสสามารถถูกโพลิเมอไรเซชันเป็นแป้งและเซลลูโลสได้ การสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตคล้ายกับกระบวนการย้อนกลับของไกลโคไลซิส

การหายใจด้วยแสง

ออกซิเจนยับยั้งการสังเคราะห์ด้วยแสง ยิ่งมี O 2 มากในสิ่งแวดล้อม กระบวนการกักเก็บ CO 2 ก็ยิ่งมีประสิทธิภาพน้อยลง ความจริงก็คือเอนไซม์ ribulose bisphosphate carboxylase (rubisco) สามารถทำปฏิกิริยาไม่เฉพาะกับคาร์บอนไดออกไซด์เท่านั้น แต่ยังมีออกซิเจนอีกด้วย ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาความมืดจะแตกต่างกันบ้าง

ฟอสโฟไกลโคเลตเป็นกรดฟอสโฟไกลโคลิก กลุ่มฟอสเฟตจะถูกแยกออกจากมันทันที และมันจะกลายเป็นกรดไกลโคลิก (ไกลโคเลต) เพื่อให้ "การใช้ประโยชน์" ของออกซิเจนมีความจำเป็นอีกครั้ง ดังนั้น ยิ่งมีออกซิเจนในบรรยากาศมากเท่าไร ก็จะยิ่งกระตุ้นการหายใจด้วยแสง และพืชก็จะต้องใช้ออกซิเจนมากขึ้นเพื่อกำจัดผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา

การหายใจด้วยแสงคือการใช้ออกซิเจนที่ขึ้นกับแสงและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์นั่นคือการแลกเปลี่ยนก๊าซเกิดขึ้นในขณะที่หายใจ แต่เกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์และขึ้นอยู่กับการแผ่รังสีแสง การหายใจด้วยแสงขึ้นอยู่กับแสงเท่านั้นเนื่องจากไรบูโลส ไบฟอสเฟตจะเกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงเท่านั้น

ในระหว่างการหายใจด้วยแสง อะตอมของคาร์บอนจะถูกส่งกลับจากไกลโคเลตไปเป็นวัฏจักรคาลวินในรูปของกรดฟอสโฟกลีเซอริก (ฟอสโฟกลีเซอเรต)

2 Glycolate (C 2) → 2 Glyoxylate (C 2) → 2 Glycine (C 2) - CO 2 → Serine (C 3) → Hydroxypyruvate (C 3) → Glycerate (C 3) → FGK (C 3)

อย่างที่คุณเห็น การกลับคืนนั้นยังไม่สมบูรณ์ เนื่องจากอะตอมของคาร์บอนหนึ่งอะตอมจะสูญเสียไปเมื่อไกลซีนสองโมเลกุลถูกแปลงเป็นโมเลกุลของซีรีนของกรดอะมิโนหนึ่งโมเลกุล ในขณะที่คาร์บอนไดออกไซด์ถูกปลดปล่อยออกมา

จำเป็นต้องใช้ออกซิเจนในขั้นตอนของการเปลี่ยนไกลโคเลตเป็นไกลออกซีเลตและไกลซีนเป็นซีรีน

การเปลี่ยนไกลโคเลตเป็นไกลออกซีเลตแล้วเปลี่ยนเป็นไกลซีนเกิดขึ้นในเปอร์รอกซิโซม และซีรีนถูกสังเคราะห์ในไมโตคอนเดรีย ซีรีนเข้าสู่เพอรอกซิโซมอีกครั้งซึ่งจะสร้างไฮดรอกซีไพรูเวตก่อนแล้วจึงกลีเซอเรต กลีเซอเรตเข้าสู่คลอโรพลาสต์แล้วซึ่ง FHA ถูกสังเคราะห์ขึ้นมา

การหายใจด้วยแสงเป็นเรื่องปกติสำหรับพืชที่มีการสังเคราะห์ด้วยแสงประเภท C3 เป็นหลัก ถือได้ว่าเป็นอันตราย เนื่องจากสูญเสียพลังงานไปกับการเปลี่ยนไกลโคเลตเป็น FHA เห็นได้ชัดว่าการหายใจด้วยแสงเกิดขึ้นเนื่องจากพืชโบราณไม่พร้อมสำหรับออกซิเจนจำนวนมากในบรรยากาศ ในขั้นต้น วิวัฒนาการของพวกมันเกิดขึ้นในบรรยากาศที่อุดมไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ และเป็นผู้ที่จับศูนย์กลางปฏิกิริยาของเอนไซม์รูบิสโกเป็นหลัก

C 4 - การสังเคราะห์ด้วยแสงหรือวัฏจักร Hatch-Slack

หากในการสังเคราะห์ด้วยแสง C 3 ผลิตภัณฑ์แรกของเฟสมืดคือกรด phosphoglyceric ซึ่งรวมถึงอะตอมของคาร์บอนสามอะตอม จากนั้นในวิถี C 4 ผลิตภัณฑ์แรกจะเป็นกรดที่มีอะตอมของคาร์บอนสี่ตัว: มาลิก, ออกซาโลอะซิติก, แอสปาร์ติก

C 4 -การสังเคราะห์ด้วยแสงพบได้ในพืชเขตร้อนหลายชนิด เช่น อ้อย ข้าวโพด

C 4 -พืชดูดซับคาร์บอนมอนอกไซด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น แทบไม่มีการหายใจด้วยแสง

พืชที่กระบวนการสังเคราะห์แสงในความมืดดำเนินไปตามเส้นทาง C 4 มีโครงสร้างใบพิเศษ ในนั้นการรวมกลุ่มของตัวนำนั้นถูกล้อมรอบด้วยเซลล์สองชั้น ชั้นในเป็นเยื่อบุของลำแสงนำไฟฟ้า ชั้นนอกเป็นเซลล์มีโซฟิลล์ ชั้นเซลล์คลอโรพลาสต์ต่างกัน

คลอโรพลาสต์ Mesophilic มีลักษณะเป็นธัญพืชขนาดใหญ่, ระบบภาพถ่ายสูง, ไม่มีเอนไซม์ RiBP คาร์บอกซิเลส (rubisco) และแป้ง กล่าวคือ คลอโรพลาสต์ของเซลล์เหล่านี้ถูกปรับให้เข้ากับเฟสแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นหลัก

ในคลอโรพลาสต์ของเซลล์ของกลุ่มตัวนำ กราน่าแทบไม่ได้รับการพัฒนา แต่ความเข้มข้นของคาร์บอกซิเลสของ RiBP นั้นสูง คลอโรพลาสต์เหล่านี้ถูกปรับให้เข้ากับช่วงมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่เซลล์มีโซฟิลล์ในครั้งแรก จับกับกรดอินทรีย์ ขนส่งในรูปแบบนี้ไปยังเซลล์ของฝัก ปล่อยออก แล้วจับในลักษณะเดียวกับในพืช C3 นั่นคือ C 4 -path เติมเต็มแทนที่จะแทนที่ C 3

ใน mesophyll นั้น CO 2 จะถูกเติมลงใน phosphoenolpyruvate (PEP) เพื่อสร้าง oxaloacetate (acid) ซึ่งรวมถึงอะตอมของคาร์บอนสี่ตัว:

ปฏิกิริยาเกิดขึ้นโดยมีส่วนร่วมของเอนไซม์ PEP-carboxylase ซึ่งมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับ CO 2 มากกว่า rubisco นอกจากนี้ PEP-carboxylase ไม่มีปฏิกิริยากับออกซิเจน ดังนั้นจึงไม่ใช้ในการหายใจด้วยแสง ดังนั้น ข้อดีของการสังเคราะห์ด้วยแสง C4 คือการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น การเพิ่มความเข้มข้นในเซลล์ของฝัก และด้วยเหตุนี้ การทำงานของคาร์บอกซิเลสของ RiBP จึงมีประสิทธิผลมากขึ้น ซึ่งแทบไม่ถูกใช้สำหรับการหายใจด้วยแสง

Oxaloacetate จะถูกแปลงเป็นกรด 4-carbon dicarboxylic (malate หรือ aspartate) ซึ่งถูกส่งไปยังคลอโรพลาสต์ของเซลล์ที่อยู่ในกลุ่มหลอดเลือด ในที่นี้ กรดจะถูกดีคาร์บอกซิเลต (กำจัด CO2) ออกซิไดซ์ (กำจัดไฮโดรเจน) และเปลี่ยนเป็นไพรูเวต ไฮโดรเจนคืนค่า NADP Pyruvate กลับไปที่ mesophyll ซึ่ง PEP ถูกสร้างขึ้นใหม่โดยใช้ ATP

CO 2 ที่ฉีกขาดในคลอโรพลาสต์ของเซลล์เยื่อบุจะไปที่เส้นทาง C 3 ตามปกติของเฟสมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง นั่นคือ ไปสู่วัฏจักรคาลวิน

การสังเคราะห์ด้วยแสงตามเส้นทาง Hatch-Slack ต้องการพลังงานมากกว่า

เป็นที่เชื่อกันว่าเส้นทาง C 4 วิวัฒนาการช้ากว่าเส้นทาง C 3 และมีการดัดแปลงเพื่อต่อต้านการหายใจด้วยแสงในหลาย ๆ ด้าน

ทุกสิ่งมีชีวิตบนโลกต้องการอาหารหรือพลังงานเพื่อความอยู่รอด สิ่งมีชีวิตบางชนิดกินสิ่งมีชีวิตอื่น ในขณะที่บางชนิดสามารถผลิตสารอาหารได้เอง พวกเขาทำอาหารเอง กลูโคส ในกระบวนการที่เรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจนั้นเชื่อมโยงถึงกัน ผลของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือกลูโคสซึ่งถูกเก็บไว้เป็นพลังงานเคมีในร่างกาย พลังงานเคมีที่เก็บไว้นี้มาจากการเปลี่ยนคาร์บอนอนินทรีย์ (คาร์บอนไดออกไซด์) เป็นคาร์บอนอินทรีย์ กระบวนการหายใจจะปล่อยพลังงานเคมีที่เก็บไว้

นอกจากผลิตภัณฑ์ที่ผลิตแล้ว พืชยังต้องการคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจนเพื่อความอยู่รอด น้ำที่ดูดซับจากดินจะให้ไฮโดรเจนและออกซิเจน ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง คาร์บอนและน้ำถูกใช้เพื่อสังเคราะห์อาหาร พืชยังต้องการไนเตรตเพื่อสร้างกรดอะมิโน (กรดอะมิโนเป็นส่วนประกอบในการสร้างโปรตีน) นอกจากนี้ พวกเขาต้องการแมกนีเซียมเพื่อผลิตคลอโรฟิลล์

หมายเหตุ:สิ่งมีชีวิตที่พึ่งพาอาหารประเภทอื่นเรียกว่า สัตว์กินพืชเช่นวัวและพืชกินแมลงเป็นตัวอย่างของเฮเทอโรโทรฟ สิ่งมีชีวิตที่ผลิตอาหารได้เองเรียกว่า พืชสีเขียวและสาหร่ายเป็นตัวอย่างของออโตโทรฟ

ในบทความนี้ คุณจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการสังเคราะห์แสงที่เกิดขึ้นในพืชและเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับกระบวนการนี้

ความหมายของการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการทางเคมีที่พืช บางชนิด และสาหร่ายผลิตกลูโคสและออกซิเจนจากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ โดยใช้แสงเป็นแหล่งพลังงานเพียงอย่างเดียว

กระบวนการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก เพราะมันปล่อยออกซิเจน ซึ่งทุกชีวิตขึ้นอยู่กับ

ทำไมพืชถึงต้องการกลูโคส (อาหาร)?

เช่นเดียวกับมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ พืชก็ต้องการอาหารเพื่อดำรงชีวิตเช่นกัน ค่ากลูโคสสำหรับพืชมีดังนี้

• กลูโคสที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสงจะใช้ระหว่างการหายใจเพื่อปลดปล่อยพลังงานที่พืชต้องการสำหรับกระบวนการสำคัญอื่นๆ
• เซลล์พืชยังแปลงกลูโคสบางส่วนเป็นแป้ง ซึ่งใช้ได้ตามต้องการ ด้วยเหตุนี้ พืชที่ตายแล้วจึงถูกใช้เป็นชีวมวลเพราะเก็บพลังงานเคมีไว้
• กลูโคสยังจำเป็นในการผลิตสารเคมีอื่นๆ เช่น โปรตีน ไขมัน และน้ำตาลจากพืชซึ่งจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตและกระบวนการที่จำเป็นอื่นๆ

เฟสของการสังเคราะห์ด้วยแสง

กระบวนการสังเคราะห์แสงแบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอนคือ แสงและความมืด

ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ตามชื่อของมัน เฟสของแสงต้องการแสงแดด ในปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสง พลังงานของแสงแดดจะถูกดูดซับโดยคลอโรฟิลล์และเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีที่เก็บไว้ในรูปแบบของ NADPH ของโมเลกุลพาหะอิเล็กตรอน (นิโคตินาไมด์ อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์ ฟอสเฟต) และโมเลกุลพลังงาน ATP (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต) เฟสแสงเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ภายในคลอโรพลาสต์

ระยะมืดของการสังเคราะห์แสงหรือวัฏจักรคาลวิน

ในช่วงมืดหรือวัฏจักรคาลวิน อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นจากเฟสแสงจะให้พลังงานสำหรับการก่อตัวของคาร์โบไฮเดรตจากโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ เฟสที่ไม่ขึ้นกับแสงบางครั้งเรียกว่าวัฏจักรคาลวินเนื่องจากลักษณะวัฏจักรของกระบวนการ

แม้ว่าเฟสที่มืดจะไม่ใช้แสงเป็นสารตั้งต้น (และเป็นผลให้สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งกลางวันและกลางคืน) แต่ก็ต้องการผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสงเพื่อให้ทำงานได้ โมเลกุลที่ไม่ขึ้นกับแสงขึ้นอยู่กับโมเลกุลของตัวพาพลังงาน ATP และ NADPH เพื่อสร้างโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตใหม่ หลังจากการถ่ายเทพลังงานไปยังโมเลกุล ตัวพาพลังงานจะกลับสู่เฟสแสงเพื่อรับอิเล็กตรอนที่มีพลังงานมากขึ้น นอกจากนี้ เอนไซม์เฟสมืดหลายตัวถูกกระตุ้นด้วยแสง

ไดอะแกรมของเฟสของการสังเคราะห์ด้วยแสง

หมายเหตุ:ซึ่งหมายความว่าระยะที่มืดจะไม่ดำเนินต่อไปหากพืชขาดแสงนานเกินไป เนื่องจากพืชใช้ผลิตภัณฑ์ของเฟสแสง

โครงสร้างใบพืช

เราไม่สามารถเข้าใจการสังเคราะห์ด้วยแสงได้อย่างเต็มที่โดยปราศจากความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างใบ ใบไม้ถูกดัดแปลงให้มีบทบาทสำคัญในกระบวนการสังเคราะห์แสง

โครงสร้างภายนอกของใบ

• สี่เหลี่ยม

คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของพืชคือพื้นที่ผิวที่ใหญ่ของใบ พืชสีเขียวส่วนใหญ่มีใบกว้าง แบน และเปิดซึ่งสามารถจับพลังงานแสงอาทิตย์ (แสงแดด) ได้มากเท่าที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง

• หลอดเลือดดำส่วนกลางและก้านใบ

ซี่โครงและก้านใบรวมกันเป็นโคนใบ ก้านใบวางตำแหน่งใบในลักษณะที่ได้รับแสงมากที่สุด

• ใบมีด

ใบไม้ธรรมดามีใบมีดหนึ่งใบ ในขณะที่ใบประกอบมีหลายใบ ใบมีดเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของใบ ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

• หลอดเลือดดำ

เครือข่ายของเส้นใบในใบนำน้ำจากลำต้นไปยังใบ กลูโคสที่ปล่อยออกมาจะถูกส่งไปยังส่วนอื่น ๆ ของพืชจากใบผ่านเส้นเลือด นอกจากนี้ ส่วนต่างๆ ของใบไม้เหล่านี้รองรับและยึดแผ่นใบไม้ให้แบนเพื่อให้ได้รับแสงแดดมากขึ้น การเรียงตัวของเส้นเลือด (venation) ขึ้นอยู่กับชนิดของพืช

• ฐานใบ

โคนใบเป็นส่วนต่ำสุดซึ่งประกบกับก้าน บ่อยครั้งที่มีข้อกำหนดอยู่ที่โคนใบ

• ขอบใบ

ขึ้นอยู่กับชนิดของพืช ขอบใบอาจมีรูปทรงต่างๆ ได้แก่ ทั้งหมด ฟันปลา ฟันปลา หยัก หยัก ฯลฯ

• ปลายใบ

เช่นเดียวกับขอบใบ ปลายมีหลายรูปแบบ ได้แก่ คม กลม ป้าน ยาว หดกลับ เป็นต้น

โครงสร้างภายในของใบ

ด้านล่างเป็นแผนภาพแบบปิดของโครงสร้างภายในของเนื้อเยื่อใบ:

• หนังกำพร้า

หนังกำพร้าทำหน้าที่เป็นชั้นป้องกันหลักบนพื้นผิวของพืช ตามกฎแล้วมันหนากว่าที่ด้านบนของใบไม้ หนังกำพร้าถูกปกคลุมด้วยสารคล้ายขี้ผึ้งที่ปกป้องพืชจากน้ำ

• หนังกำพร้า

หนังกำพร้าเป็นชั้นของเซลล์ที่เป็นเนื้อเยื่อปกคลุมของใบ หน้าที่หลักของมันคือการปกป้องเนื้อเยื่อภายในของใบจากการคายน้ำ ความเสียหายทางกล และการติดเชื้อ นอกจากนี้ยังควบคุมกระบวนการแลกเปลี่ยนก๊าซและการคายน้ำ

• เมโสฟิลล์

มีโซฟิลล์เป็นเนื้อเยื่อหลักของพืช นี่คือที่ที่กระบวนการสังเคราะห์แสงเกิดขึ้น ในพืชส่วนใหญ่ มีโซฟิลล์แบ่งออกเป็น 2 ชั้น ชั้นบนเป็นรั้วไม้ และชั้นล่างจะเป็นรูพรุน

• เซลล์ป้องกัน

เซลล์ป้องกันเป็นเซลล์พิเศษในหนังกำพร้าใบที่ใช้ควบคุมการแลกเปลี่ยนก๊าซ พวกเขาทำหน้าที่ป้องกันปากใบ รูพรุนของปากใบจะใหญ่ขึ้นเมื่อมีน้ำเพียงพอ มิฉะนั้น เซลล์ป้องกันจะเซื่องซึม

• ปาก

การสังเคราะห์ด้วยแสงขึ้นอยู่กับการแทรกซึมของคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) จากอากาศผ่านปากใบไปยังเนื้อเยื่อมีโซฟิลล์ ออกซิเจน (O2) ที่ได้รับเป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสง ออกจากพืชผ่านทางปากใบ เมื่อเปิดปากใบ น้ำจะสูญเสียไปจากการระเหยและจะต้องถูกเติมโดยการไหลของการคายน้ำโดยน้ำที่รากดูดขึ้นมา พืชถูกบังคับให้สมดุลปริมาณ CO2 ที่ดูดซับจากอากาศและการสูญเสียน้ำผ่านรูพรุนของปากใบ

เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง

ต่อไปนี้เป็นเงื่อนไขที่พืชจำเป็นต้องดำเนินการในกระบวนการสังเคราะห์แสง:

• คาร์บอนไดออกไซด์.ก๊าซธรรมชาติไม่มีสีไม่มีกลิ่นที่พบในอากาศและมีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า CO2 มันเกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ของคาร์บอนและสารประกอบอินทรีย์ และยังเกิดขึ้นระหว่างการหายใจ
• น้ำ. สารเคมีเหลวใส ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส (ภายใต้สภาวะปกติ)
• แสงสว่าง.แม้ว่าแสงประดิษฐ์จะเหมาะสำหรับพืชด้วย แต่โดยทั่วไปแล้วแสงแดดธรรมชาติจะสร้างสภาวะที่ดีที่สุดสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงเนื่องจากมีรังสีอัลตราไวโอเลตตามธรรมชาติซึ่งมีผลดีต่อพืช
• คลอโรฟิลล์.เป็นเม็ดสีเขียวที่พบในใบพืช
• สารอาหารและแร่ธาตุสารเคมีและสารประกอบอินทรีย์ที่รากพืชดูดซึมจากดิน

อะไรเกิดขึ้นจากการสังเคราะห์ด้วยแสง?

• กลูโคส;
• ออกซิเจน.

(พลังงานแสงแสดงในวงเล็บ เพราะไม่ใช่สสาร)

หมายเหตุ:พืชรับ CO2 จากอากาศทางใบ และน้ำจากดินผ่านราก พลังงานแสงมาจากดวงอาทิตย์ ออกซิเจนที่เกิดขึ้นจะถูกปล่อยออกสู่อากาศจากใบ กลูโคสที่ได้จะถูกแปลงเป็นสารอื่นๆ เช่น แป้ง ซึ่งใช้เป็นแหล่งกักเก็บพลังงาน

หากปัจจัยที่ส่งเสริมการสังเคราะห์แสงขาดหายไปหรือมีอยู่ในปริมาณที่ไม่เพียงพอ อาจส่งผลเสียต่อพืชได้ ตัวอย่างเช่น แสงที่น้อยลงจะสร้างสภาวะที่เอื้ออำนวยต่อแมลงที่กินใบพืช ในขณะที่การขาดน้ำจะทำให้พืชช้าลง

การสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นที่ไหน?

การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นภายในเซลล์พืช ในพลาสมิดขนาดเล็กที่เรียกว่าคลอโรพลาสต์ คลอโรพลาสต์ (ส่วนใหญ่พบในชั้นมีโซฟิลล์) มีสารสีเขียวที่เรียกว่าคลอโรฟิลล์ ด้านล่างนี้คือส่วนอื่นๆ ของเซลล์ที่ทำงานร่วมกับคลอโรพลาสต์เพื่อทำการสังเคราะห์ด้วยแสง

โครงสร้างของเซลล์พืช

หน้าที่ของส่วนเซลล์พืช

• : ให้การสนับสนุนโครงสร้างและกลไก ปกป้องเซลล์จากแบคทีเรีย แก้ไขและกำหนดรูปร่างของเซลล์ ควบคุมอัตราและทิศทางของการเจริญเติบโต และให้รูปร่างแก่พืช
• : เป็นเวทีสำหรับกระบวนการทางเคมีส่วนใหญ่ที่ควบคุมโดยเอนไซม์
• : ทำหน้าที่เป็นตัวกั้นควบคุมการเคลื่อนที่ของสารเข้าและออกจากเซลล์
• : ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น ประกอบด้วยคลอโรฟิลล์ ซึ่งเป็นสารสีเขียวที่ดูดซับพลังงานแสงระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง
• : ช่องภายในเซลล์ไซโตพลาสซึมที่เก็บน้ำ
• : มีเครื่องหมายพันธุกรรม (DNA) ที่ควบคุมการทำงานของเซลล์

คลอโรฟิลล์ดูดซับพลังงานแสงที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าความยาวคลื่นสีของแสงบางช่วงไม่ถูกดูดซับ พืชดูดซับความยาวคลื่นสีแดงและสีน้ำเงินเป็นหลัก - ไม่ดูดซับแสงในช่วงสีเขียว

คาร์บอนไดออกไซด์ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

พืชรับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศผ่านทางใบ คาร์บอนไดออกไซด์จะซึมผ่านรูเล็กๆ ที่ด้านล่างของใบ - ปากใบ

ด้านล่างของใบมีเซลล์ที่เว้นระยะห่างกันเพื่อให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไปถึงเซลล์อื่นๆ ในใบ นอกจากนี้ยังช่วยให้ออกซิเจนที่เกิดจากการสังเคราะห์ด้วยแสงออกจากใบได้ง่าย

คาร์บอนไดออกไซด์มีอยู่ในอากาศที่เราหายใจเข้าไปโดยมีความเข้มข้นต่ำมาก และเป็นปัจจัยที่จำเป็นในระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

แสงในกระบวนการสังเคราะห์แสง

แผ่นมักจะมีพื้นผิวขนาดใหญ่จึงสามารถดูดซับแสงได้มาก พื้นผิวด้านบนได้รับการปกป้องจากการสูญเสียน้ำ โรคภัยไข้เจ็บ และสภาพอากาศด้วยชั้นคล้ายขี้ผึ้ง (หนังกำพร้า) ด้านบนของแผ่นเป็นที่ที่แสงตก ชั้นของเมโซฟิลล์นี้เรียกว่าพาลิเซด มันถูกดัดแปลงให้ดูดซับแสงได้มาก เพราะมีคลอโรพลาสต์จำนวนมาก

ในระยะแสง กระบวนการสังเคราะห์แสงจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีแสงมากขึ้น โมเลกุลของคลอโรฟิลล์จะถูกทำให้แตกตัวเป็นไอออนมากขึ้น และเกิด ATP และ NADPH มากขึ้น หากโฟตอนของแสงถูกโฟกัสไปที่ใบไม้สีเขียว แม้ว่าแสงจะมีความสำคัญอย่างยิ่งในระยะแสง แต่ควรสังเกตว่าแสงที่มากเกินไปสามารถทำลายคลอโรฟิลล์และลดกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงได้

เฟสของแสงไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ น้ำ หรือคาร์บอนไดออกไซด์มากเกินไป แม้ว่าจะต้องใช้ทั้งหมดเพื่อทำให้กระบวนการสังเคราะห์แสงเสร็จสมบูรณ์

น้ำในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

พืชได้น้ำที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงผ่านทางรากของพวกมัน พวกเขามีขนรากที่งอกขึ้นในดิน รากมีลักษณะพื้นที่ผิวขนาดใหญ่และผนังบางซึ่งช่วยให้น้ำไหลผ่านได้ง่าย

ภาพแสดงพืชและเซลล์ที่มีน้ำเพียงพอ (ซ้าย) และขาด (ขวา)

หมายเหตุ:เซลล์รากไม่มีคลอโรพลาสต์เพราะมักจะอยู่ในที่มืดและไม่สามารถสังเคราะห์แสงได้

หากพืชดูดซับน้ำไม่เพียงพอก็จะเหี่ยวแห้ง หากไม่มีน้ำ พืชจะไม่สามารถสังเคราะห์แสงได้เร็วพอและอาจถึงตายได้

น้ำมีความสำคัญต่อพืชอย่างไร?

• ให้แร่ธาตุที่ละลายน้ำได้ซึ่งสนับสนุนสุขภาพของพืช
• เป็นสื่อกลางในการขนส่ง
• รองรับความมั่นคงและความเที่ยงตรง
• ทำให้เย็นลงและอิ่มตัวด้วยความชื้น
• ทำให้สามารถทำปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ในเซลล์พืชได้

ความสำคัญของการสังเคราะห์แสงในธรรมชาติ

กระบวนการสังเคราะห์แสงทางชีวเคมีใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์เพื่อเปลี่ยนน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นออกซิเจนและกลูโคส กลูโคสถูกใช้เป็นส่วนประกอบในพืชสำหรับการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อ ดังนั้นการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงเป็นวิธีการสร้างราก ลำต้น ใบ ดอก และผล หากปราศจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชจะไม่สามารถเติบโตหรือขยายพันธุ์ได้

• ผู้ผลิต

เนื่องจากความสามารถในการสังเคราะห์แสง พืชจึงเป็นที่รู้จักในฐานะผู้ผลิตและทำหน้าที่เป็นกระดูกสันหลังของห่วงโซ่อาหารเกือบทุกสายบนโลก (สาหร่ายเทียบเท่ากับพืช) อาหารทั้งหมดที่เรากินมาจากสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสง เรากินพืชเหล่านี้โดยตรงหรือเรากินสัตว์เช่นวัวหรือหมูที่กินอาหารจากพืช

• พื้นฐานของห่วงโซ่อาหาร

ภายในระบบน้ำ พืชและสาหร่ายยังเป็นพื้นฐานของห่วงโซ่อาหาร สาหร่ายทำหน้าที่เป็นอาหารซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งอาหารสำหรับสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ หากปราศจากการสังเคราะห์แสงในสภาพแวดล้อมทางน้ำ ชีวิตก็เป็นไปไม่ได้

• การกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์

การสังเคราะห์ด้วยแสงจะเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์เป็นออกซิเจน ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง คาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศจะเข้าสู่พืชและปล่อยเป็นออกซิเจน ในโลกปัจจุบันที่ระดับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นในอัตราที่น่าตกใจ กระบวนการใดๆ ที่ขจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากชั้นบรรยากาศมีความสำคัญต่อสิ่งแวดล้อม

• ปั่นจักรยานสารอาหาร

พืชและสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงอื่นๆ มีบทบาทสำคัญในการหมุนเวียนสารอาหาร ไนโตรเจนในอากาศจับจ้องอยู่ที่เนื้อเยื่อพืชและพร้อมสำหรับการผลิตโปรตีน ธาตุที่พบในดินยังสามารถรวมเข้ากับเนื้อเยื่อพืชและทำให้สัตว์กินพืชเข้าถึงห่วงโซ่อาหารได้

• เสพติดการสังเคราะห์แสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงขึ้นอยู่กับความเข้มและคุณภาพของแสง ที่เส้นศูนย์สูตรซึ่งมีแสงแดดส่องถึงตลอดทั้งปีและน้ำไม่ใช่ปัจจัยจำกัด พืชมีอัตราการเติบโตสูงและมีขนาดค่อนข้างใหญ่ ในทางกลับกัน การสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นพบได้น้อยกว่าในส่วนลึกของมหาสมุทร เนื่องจากแสงไม่ได้ทะลุผ่านชั้นเหล่านี้ และด้วยเหตุนี้ ระบบนิเวศนี้จึงแห้งแล้งมากขึ้น

มีหรือไม่มีพลังงานแสง เป็นลักษณะเฉพาะของพืช ให้เราพิจารณาเพิ่มเติมว่าขั้นตอนการสังเคราะห์ด้วยแสงที่มืดและสว่างคืออะไร

ข้อมูลทั่วไป

อวัยวะของการสังเคราะห์แสงในพืชชั้นสูงคือใบ คลอโรพลาสต์ทำหน้าที่เป็นออร์แกเนลล์ เยื่อหุ้มไทลาคอยด์ของพวกมันมีสารสีสังเคราะห์แสง พวกมันคือแคโรทีนอยด์และคลอโรฟิลล์ หลังมีอยู่ในหลายรูปแบบ (a, c, b, d) ตัวหลักคือเอ-คลอโรฟิลล์ โมเลกุลของมันมี "หัว" ของพอร์ไฟรินซึ่งมีอะตอมแมกนีเซียมอยู่ตรงกลาง เช่นเดียวกับ "หาง" ของไฟทอล องค์ประกอบแรกถูกนำเสนอเป็นโครงสร้างแบบเรียบ "หัว" นั้นชอบน้ำ ดังนั้นจึงตั้งอยู่บนส่วนของเมมเบรนที่มุ่งสู่สิ่งแวดล้อมทางน้ำ Phytol "หาง" ไม่ชอบน้ำ ด้วยเหตุนี้จึงทำให้โมเลกุลของคลอโรฟิลล์อยู่ในเมมเบรน คลอโรฟิลล์ดูดซับแสงสีน้ำเงินม่วงและสีแดง พวกเขายังสะท้อนสีเขียวทำให้พืชมีสีตามลักษณะเฉพาะ ในเยื่อหุ้มต่อมไทรอยด์ โมเลกุลของคลอโรฟิลล์ถูกจัดเป็นระบบภาพถ่าย สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินและพืชมีลักษณะเฉพาะโดยระบบ 1 และ 2 แบคทีเรียสังเคราะห์แสงมีเพียงชนิดแรกเท่านั้น ระบบที่สองสามารถย่อยสลาย H 2 O และปล่อยออกซิเจน

ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง

กระบวนการที่เกิดขึ้นในพืชมีความซับซ้อนและมีหลายขั้นตอน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปฏิกิริยาสองกลุ่มมีความโดดเด่น เป็นช่วงที่มืดและสว่างของการสังเคราะห์ด้วยแสง หลังดำเนินการด้วยการมีส่วนร่วมของเอนไซม์ ATP โปรตีนขนส่งอิเล็กตรอนและคลอโรฟิลล์ เฟสแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มของไทแลคทอยด์ คลอโรฟิลล์อิเล็กตรอนตื่นเต้นและออกจากโมเลกุล หลังจากนั้นจะตกลงบนพื้นผิวด้านนอกของเยื่อหุ้มต่อมไทรอยด์ ในทางกลับกันเธอถูกเรียกเก็บเงินในเชิงลบ หลังจากออกซิเดชั่น การฟื้นฟูโมเลกุลของคลอโรฟิลล์จะเริ่มขึ้น พวกเขานำอิเล็กตรอนจากน้ำที่มีอยู่ในอวกาศภายใน ดังนั้นเฟสแสงของการสังเคราะห์แสงจะเกิดขึ้นในเมมเบรนระหว่างการสลายตัว (โฟโตไลซิส): H 2 O + Q แสง → H + + OH -

ไฮดรอกซิลไอออนจะถูกแปลงเป็นอนุมูลปฏิกิริยาโดยการบริจาคอิเล็กตรอน:

OH - → .OH + e -

อนุมูล OH รวมกันและสร้างออกซิเจนและน้ำอิสระ:

4NO. → 2H 2 O + O 2

ในกรณีนี้ ออกซิเจนจะถูกกำจัดไปยังตัวกลาง (ภายนอก) โดยรอบ และโปรตอนจะสะสมอยู่ภายใน thylactoid ใน "อ่างเก็บน้ำ" พิเศษ เป็นผลให้ที่เฟสแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงดำเนินไปเมมเบรน thylactoid จะได้รับประจุบวกเนื่องจาก H + ในมือข้างหนึ่ง ในเวลาเดียวกันเนื่องจากอิเล็กตรอนมีประจุเป็นลบ

ฟอสฟีริเลชันของ ADP

ในที่ที่เฟสแสงของการสังเคราะห์แสงดำเนินไป จะมีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวด้านในและด้านนอกของเมมเบรน เมื่อถึง 200 mV โปรตอนจะถูกผลักผ่านช่องทางของ ATP synthetase ดังนั้นเฟสแสงของการสังเคราะห์แสงจึงเกิดขึ้นในเมมเบรนเมื่อ ADP ถูกฟอสโฟรีเลตเป็น ATP ในกรณีนี้ อะตอมไฮโดรเจนมุ่งไปที่การลดตัวพาพิเศษของ nicotinamide adenine dinucleotide phosphate NADP+ เป็น NADP.H2:

2H + + 2e - + NADP → NADP.H 2

เฟสแสงของการสังเคราะห์แสงจึงเกี่ยวข้องกับโฟโตไลซิสของน้ำ กลับมาพร้อมกับปฏิกิริยาสำคัญสามประการ:

1. การสังเคราะห์เอทีพี
2. การศึกษา NADP.H 2 .
3. การก่อตัวของออกซิเจน

เฟสแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงจะมาพร้อมกับการปล่อยตัวหลังสู่ชั้นบรรยากาศ NADP.H2 และ ATP เคลื่อนเข้าสู่สโตรมาของคลอโรพลาสต์ ขั้นตอนนี้เป็นการสิ้นสุดระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ปฏิกิริยาอีกกลุ่มหนึ่ง

เฟสมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงไม่ต้องการพลังงานแสง มันเข้าไปในสโตรมาของคลอโรพลาสต์ ปฏิกิริยาจะแสดงเป็นห่วงโซ่ของการเปลี่ยนแปลงตามลำดับของคาร์บอนไดออกไซด์ที่มาจากอากาศ เป็นผลให้เกิดกลูโคสและสารอินทรีย์อื่น ๆ ปฏิกิริยาแรกคือการตรึง RiBF ทำหน้าที่เป็นตัวรับคาร์บอนไดออกไซด์ ตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาคือไรบูโลส บิสฟอสเฟต คาร์บอกซิเลส (เอนไซม์) อันเป็นผลมาจากคาร์บอกซิเลชันของ RiBP ทำให้เกิดสารประกอบที่ไม่เสถียรหกคาร์บอน FHA (กรดฟอสโฟกลีเซอริก) เกือบจะแตกตัวในทันที ตามด้วยวัฏจักรของปฏิกิริยา ซึ่งจะเปลี่ยนเป็นกลูโคสผ่านผลิตภัณฑ์ขั้นกลางหลายอย่าง พวกเขาใช้พลังงานของ NADP.H 2 และ ATP ซึ่งถูกแปลงเมื่อเฟสแสงของการสังเคราะห์แสงเกิดขึ้น วัฏจักรของปฏิกิริยาเหล่านี้เรียกว่า "วัฏจักรคาลวิน" สามารถแสดงได้ดังนี้:

6CO 2 + 24H+ + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O

นอกจากกลูโคสแล้ว โมโนเมอร์อื่นๆ ของสารประกอบอินทรีย์ (เชิงซ้อน) ยังก่อตัวขึ้นในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กรดไขมัน กลีเซอรอล กรดอะมิโน นิวคลีโอไทด์

ปฏิกิริยา C3

พวกมันเป็นการสังเคราะห์ด้วยแสงประเภทหนึ่งซึ่งมีการสร้างสารประกอบสามคาร์บอนเป็นผลิตภัณฑ์แรก เป็นผู้ที่อธิบายข้างต้นว่าเป็นวัฏจักรของคาลวิน ลักษณะเฉพาะของการสังเคราะห์ด้วยแสง C3 คือ:

1. RiBP เป็นตัวรับคาร์บอนไดออกไซด์
2. ปฏิกิริยาคาร์บอกซิเลชันถูกเร่งโดย RiBP คาร์บอกซิเลส
3. เกิดสารหกคาร์บอนซึ่งต่อมาสลายตัวเป็น 2 FHAs

กรดฟอสโฟกลีเซอริกลดลงเป็น TF (ฟอสเฟตไตรโอส) บางส่วนถูกส่งไปยังการสร้างใหม่ของไรบูโลสไบฟอสเฟตและส่วนที่เหลือจะถูกแปลงเป็นกลูโคส

ปฏิกิริยา C4

การสังเคราะห์ด้วยแสงประเภทนี้มีลักษณะเฉพาะโดยการปรากฏตัวของสารประกอบสี่คาร์บอนเป็นผลิตภัณฑ์แรก ในปี พ.ศ. 2508 พบว่ามีสาร C4 ปรากฏเป็นอันดับแรกในพืชบางชนิด เช่น ข้าวฟ่าง ข้าวฟ่าง อ้อย ข้าวโพด เป็นต้น วัฒนธรรมเหล่านี้กลายเป็นที่รู้จักในชื่อพืช C4 ในปีถัดมา ปี 1966 Slack and Hatch (นักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรเลีย) พบว่าพวกมันแทบไม่มีการหายใจด้วยแสงเลย นอกจากนี้ยังพบว่าพืช C4 ดังกล่าวมีประสิทธิภาพในการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่ามาก ด้วยเหตุนี้ เส้นทางการเปลี่ยนแปลงคาร์บอนในวัฒนธรรมดังกล่าวจึงถูกเรียกว่าเส้นทางแฮทช์-สแล็ค

บทสรุป

ความสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นสำคัญมาก ต้องขอบคุณเขาที่ทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถูกดูดซับจากชั้นบรรยากาศทุกปีในปริมาณมาก (พันล้านตัน) แต่จะปล่อยออกซิเจนน้อยลง การสังเคราะห์ด้วยแสงทำหน้าที่เป็นแหล่งหลักของการก่อตัวของสารประกอบอินทรีย์ ออกซิเจนมีส่วนเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของชั้นโอโซน ซึ่งช่วยปกป้องสิ่งมีชีวิตจากผลกระทบของรังสียูวีคลื่นสั้น ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง ใบไม้ดูดซับพลังงานเพียง 1% ของพลังงานทั้งหมดที่แสงตกกระทบมัน ผลผลิตของมันอยู่ภายใน 1 กรัมของสารประกอบอินทรีย์ต่อ 1 ตร.ม. เมตรผิวต่อชั่วโมง

พลังงานของแสงแดดในช่วงแสงและความมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงถูกแปลงเป็นพลังงานของพันธะเคมีของกลูโคสอย่างไร อธิบายคำตอบ

ตอบ

ในระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง พลังงานของแสงแดดจะถูกแปลงเป็นพลังงานของอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้น จากนั้นพลังงานของอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นจะถูกแปลงเป็นพลังงานของ ATP และ NADP-H2 ในช่วงมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง พลังงานของ ATP และ NADP-H2 จะถูกแปลงเป็นพลังงานของพันธะเคมีของกลูโคส

จะเกิดอะไรขึ้นในช่วงแสงของการสังเคราะห์แสง?

ตอบ

อิเล็กตรอนคลอโรฟิลล์ที่ถูกกระตุ้นด้วยพลังงานของแสงจะเคลื่อนที่ไปตามสายโซ่ขนส่งอิเล็กตรอน พลังงานของพวกมันถูกเก็บอยู่ใน ATP และ NADP-H2 โฟโตไลซิสของน้ำเกิดขึ้น ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมา

อะไรคือกระบวนการหลักที่เกิดขึ้นในช่วงมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง?

ตอบ

จากคาร์บอนไดออกไซด์ที่ได้จากบรรยากาศและไฮโดรเจนที่ได้รับในระยะแสง กลูโคสจะเกิดขึ้นจากพลังงานของ ATP ที่ได้รับในช่วงแสง

หน้าที่ของคลอโรฟิลล์ในเซลล์พืชคืออะไร?

ตอบ

คลอโรฟิลล์มีส่วนร่วมในกระบวนการสังเคราะห์แสง: ในระยะแสงคลอโรฟิลล์ดูดซับแสงอิเล็กตรอนคลอโรฟิลล์ได้รับพลังงานแสงแตกออกและไปตามห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน

คลอโรฟิลล์อิเล็กตรอนมีบทบาทอย่างไรในการสังเคราะห์แสง?

ตอบ

คลอโรฟิลล์อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นด้วยแสงแดดจะเคลื่อนผ่านห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนและปล่อยพลังงานของพวกมันไปสู่การก่อตัวของ ATP และ NADP-H2

ออกซิเจนอิสระถูกผลิตขึ้นในขั้นตอนใด

ตอบ

ในระยะแสง ระหว่างโฟโตไลซิสของน้ำ

การสังเคราะห์ ATP เกิดขึ้นในช่วงใดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ตอบ

เฟสแสง

แหล่งที่มาของออกซิเจนระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงคืออะไร?

ตอบ

น้ำ (ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกในระหว่างการโฟโตไลซิสของน้ำ)

อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงขึ้นอยู่กับปัจจัยจำกัด (จำกัด) ซึ่งได้แก่ แสง ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ อุณหภูมิ เหตุใดปัจจัยเหล่านี้จึงจำกัดปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง?

ตอบ

แสงจำเป็นสำหรับการกระตุ้นคลอโรฟิลล์ โดยจะให้พลังงานในกระบวนการสังเคราะห์แสง จำเป็นต้องใช้คาร์บอนไดออกไซด์ในช่วงมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงและกลูโคสจะถูกสังเคราะห์จากมัน การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมินำไปสู่การเสื่อมสภาพของเอนไซม์ ปฏิกิริยาของการสังเคราะห์ด้วยแสงจะช้าลง

ปฏิกิริยาเมแทบอลิซึมใดในพืชคือคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นสารตั้งต้นสำหรับการสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรต

ตอบ

ในปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง

ในใบพืช กระบวนการสังเคราะห์แสงดำเนินไปอย่างเข้มข้น มันเกิดขึ้นในผลไม้สุกและไม่สุกหรือไม่? อธิบายคำตอบ

ตอบ

การสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นในส่วนสีเขียวของพืชที่สัมผัสกับแสง ดังนั้นการสังเคราะห์แสงจึงเกิดขึ้นในผิวหนังของผลไม้สีเขียว ภายในผลไม้และในผลสุก (ไม่เขียว) จะไม่เกิดการสังเคราะห์ด้วยแสง