จะเกิดอะไรขึ้นในช่วงแสงของการสังเคราะห์แสงโดยย่อ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงในพืชเกิดขึ้นได้อย่างไรและที่ไหน? การทดสอบการสังเคราะห์ด้วยแสงเฟสมืดแก้ได้

การสังเคราะห์ด้วยแสง - การสังเคราะห์ สารอินทรีย์จากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำโดยใช้พลังงานแสงบังคับ: 6CO 2 +6H 2 O + Q light →C 6 H 12 O 6 +6O 2

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนหลายขั้นตอน ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: ปฏิกิริยาเฟสแสงและปฏิกิริยาเฟสมืดเฟสแสง

- เกิดขึ้นเฉพาะต่อหน้าแสงในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์โดยมีส่วนร่วมของคลอโรฟิลล์, โปรตีนขนส่งอิเล็กตรอนและเอนไซม์ ATP synthetase- เกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์ ปฏิกิริยาของมันต้องใช้พลังงานแสง จึงเกิดขึ้นไม่เพียงแต่ในแสงสว่างเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นในความมืดด้วย ปฏิกิริยาในระยะมืดเป็นตัวแทนของการเปลี่ยนแปลงต่อเนื่องของคาร์บอนไดออกไซด์ (จากอากาศ) ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของกลูโคสและสารอินทรีย์อื่นๆ

ประการแรก การตรึง CO 2 เกิดขึ้น ตัวรับคือน้ำตาลไรบูโลส ไบฟอสเฟต ซึ่งถูกเร่งปฏิกิริยาโดยไรบูโลส ไบฟอสเฟต คาร์บอกซีเลส

อันเป็นผลมาจากคาร์บอกซิเลชั่นของไรบูโลสไบฟอสเฟตทำให้เกิดสารประกอบหกคาร์บอนที่ไม่เสถียรซึ่งจะแตกตัวออกเป็นสองโมเลกุลของกรดฟอสโฟกลีเซอริกทันที จากนั้นจะเกิดวัฏจักรของปฏิกิริยาโดยที่ PGA จะถูกแปลงเป็นกลูโคสผ่านผลิตภัณฑ์ขั้นกลางหลายชุด ใช้พลังงานของ ATP และ NADPH 2 ที่เกิดขึ้นในเฟสแสง (วัฏจักรคาลวิน). 23. ปฏิกิริยาการดูดซึม Co2 ในระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงวงจรคาลวิน -

เส้นทางหลัก การดูดซึม CO 2 ระยะดีคาร์บอกซิเลชัน - คาร์บอนไดออกไซด์จับกับไรบูโลส ไบฟอสเฟต เพื่อสร้างฟอสโฟกลีเซอเรต 2 โมเลกุล

ปฏิกิริยานี้ถูกเร่งโดยไรบูโลส ไบฟอสเฟต คาร์โบซิเลส

การสังเคราะห์ด้วยแสงคือการแปลงพลังงานแสงให้เป็นพลังงาน พันธะเคมีสารประกอบอินทรีย์

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นลักษณะเฉพาะของพืช รวมทั้งสาหร่ายทั้งหมด โปรคาริโอตจำนวนหนึ่ง รวมถึงไซยาโนแบคทีเรีย และยูคาริโอตที่มีเซลล์เดียวบางชนิด

ในกรณีส่วนใหญ่ การสังเคราะห์ด้วยแสงจะผลิตออกซิเจน (O2) เป็นผลพลอยได้ อย่างไรก็ตาม ก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้นเสมอไป เนื่องจากมีหลายอย่าง

เส้นทางที่แตกต่างกันการสังเคราะห์ด้วยแสง ในกรณีของการปล่อยออกซิเจน แหล่งที่มาของมันคือน้ำ ซึ่งอะตอมของไฮโดรเจนจะถูกแยกออกเพื่อรองรับการสังเคราะห์ด้วยแสง การสังเคราะห์ด้วยแสงประกอบด้วยปฏิกิริยาหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับเม็ดสี, เอนไซม์, โคเอ็นไซม์ ฯลฯ เม็ดสีหลักคือคลอโรฟิลล์นอกเหนือจากนั้น - แคโรทีนอยด์และไฟโคบิลินในธรรมชาติ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชมี 2 วิธีร่วมกันคือ C 3 และ C 4 สิ่งมีชีวิตอื่นมีปฏิกิริยาเฉพาะของตัวเอง กระบวนการที่แตกต่างกันทั้งหมดนี้รวมกันภายใต้คำว่า "การสังเคราะห์ด้วยแสง" - โดยรวมแล้วพลังงานของโฟตอนจะถูกแปลงเป็นพันธะเคมี เพื่อการเปรียบเทียบ: ในระหว่างการสังเคราะห์ทางเคมี พลังงานของพันธะเคมีของสารประกอบบางชนิด (อนินทรีย์) จะถูกแปลงเป็นสารอินทรีย์อื่น ๆ

ในพืชการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทั้งหมด สารอินทรีย์ปฐมภูมิจึงเกิดขึ้น จากนั้นจึงสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรต กรดอะมิโน กรดไขมัน ฯลฯ ปฏิกิริยาทั้งหมดของการสังเคราะห์ด้วยแสงมักจะเขียนสัมพันธ์กับ กลูโคส - ผลิตภัณฑ์ที่พบมากที่สุดของการสังเคราะห์ด้วยแสง:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

อะตอมออกซิเจนที่รวมอยู่ในโมเลกุล O 2 ไม่ได้มาจากคาร์บอนไดออกไซด์ แต่มาจากน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ - แหล่งที่มาของคาร์บอนซึ่งสำคัญกว่า ด้วยการเกาะติดกัน พืชจึงมีโอกาสสังเคราะห์อินทรียวัตถุได้

ปฏิกิริยาเคมีที่นำเสนอข้างต้นเป็นปฏิกิริยาทั่วไปและทั้งหมด มันอยู่ไกลจากแก่นแท้ของกระบวนการ ดังนั้นกลูโคสจึงไม่เกิดขึ้นจากคาร์บอนไดออกไซด์ 6 โมเลกุลที่แยกจากกัน การจับกับ CO 2 เกิดขึ้นครั้งละหนึ่งโมเลกุล ซึ่งจะจับกับน้ำตาลห้าคาร์บอนที่มีอยู่ก่อน

โปรคาริโอตมีลักษณะเฉพาะของการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นของตัวเอง ดังนั้นในแบคทีเรีย เม็ดสีหลักคือแบคทีเรียคลอโรฟิลล์ และออกซิเจนจะไม่ถูกปล่อยออกมา เนื่องจากไฮโดรเจนไม่ได้ถูกพรากไปจากน้ำ แต่มักจะมาจากไฮโดรเจนซัลไฟด์หรือสารอื่น ๆ ในสาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียว เม็ดสีหลักคือคลอโรฟิลล์ และออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ในช่วงแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง ATP และ NADP H 2 จะถูกสังเคราะห์ขึ้นเนื่องจากพลังงานการแผ่รังสีมันกำลังเกิดขึ้น บนคลอโรพลาสต์ ไทลาคอยด์โดยที่เม็ดสีและเอนไซม์ก่อตัวเป็นสารเชิงซ้อนที่ซับซ้อนสำหรับการทำงานของวงจรไฟฟ้าเคมีซึ่งอิเล็กตรอนและโปรตอนไฮโดรเจนบางส่วนถูกส่งผ่านไป

ในที่สุดอิเล็กตรอนก็จะได้โคเอ็นไซม์ NADP ซึ่งเมื่อประจุลบจะดึงดูดโปรตอนบางส่วนและกลายเป็น NADP H 2 นอกจากนี้ การสะสมของโปรตอนบนด้านหนึ่งของเมมเบรนไทลาคอยด์และอิเล็กตรอนในอีกด้านหนึ่งทำให้เกิดการไล่ระดับเคมีไฟฟ้า ซึ่งเอนไซม์ ATP synthetase ใช้ศักยภาพในการสังเคราะห์ ATP จาก ADP และกรดฟอสฟอริก

เม็ดสีหลักของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือคลอโรฟิลล์ต่างๆ โมเลกุลของพวกมันจับการแผ่รังสีของสเปกตรัมแสงบางสเปกตรัมที่แตกต่างกันบางส่วน ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนบางตัวของโมเลกุลคลอโรฟิลล์จะเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งที่สูงกว่า ระดับพลังงาน- นี่เป็นสถานะที่ไม่เสถียรและในทางทฤษฎีแล้วอิเล็กตรอนควรให้พลังงานที่ได้รับจากภายนอกผ่านรังสีเดียวกันสู่อวกาศและกลับสู่ระดับก่อนหน้า อย่างไรก็ตาม ในเซลล์สังเคราะห์แสง อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นจะถูกจับโดยตัวรับ และเมื่อพลังงานของพวกมันลดลงทีละน้อย จะถูกถ่ายโอนไปตามสายโซ่ของพาหะ

มีระบบภาพถ่ายสองประเภทบนเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ที่ปล่อยอิเล็กตรอนเมื่อสัมผัสกับแสงระบบภาพถ่ายเป็นระบบที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยเม็ดสีคลอโรฟิลล์เป็นส่วนใหญ่ โดยมีศูนย์กลางปฏิกิริยาที่อิเล็กตรอนจะถูกกำจัดออกไป ในระบบภาพถ่าย แสงแดดจับโมเลกุลได้มากมาย แต่พลังงานทั้งหมดถูกรวบรวมไว้ที่ศูนย์ปฏิกิริยา

อิเล็กตรอนจากระบบภาพถ่าย I ที่ผ่านสายโซ่ตัวขนส่งจะลด NADP

พลังงานของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากระบบภาพถ่าย II ใช้สำหรับการสังเคราะห์ ATPและอิเล็กตรอนของระบบภาพถ่าย II เองก็เข้ามาเติมเต็มรูอิเล็กตรอนของระบบภาพถ่าย I

รูของระบบภาพถ่ายที่สองนั้นเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนที่เกิดจาก โฟโตไลซิสของน้ำ- โฟโตไลซิสเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของแสงและประกอบด้วยการสลายตัวของ H 2 O ให้เป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และออกซิเจน เป็นผลมาจากโฟโตไลซิสของน้ำทำให้เกิดออกซิเจนอิสระ โปรตอนมีส่วนร่วมในการสร้างการไล่ระดับเคมีไฟฟ้าและลด NADP คลอโรฟิลล์ของระบบภาพถ่าย II ได้รับอิเล็กตรอน

ประมาณ สมการสรุประยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง:

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

การขนส่งอิเล็กตรอนแบบวัฏจักร

ที่เรียกว่า ระยะแสงที่ไม่ใช่วงจรของการสังเคราะห์ด้วยแสง- ยังมีอีกมาก การขนส่งอิเล็กตรอนแบบไซคลิกเมื่อการลด NADP ไม่เกิดขึ้น- ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนจากระบบภาพถ่ายจะไปที่ห่วงโซ่การขนย้าย ซึ่งเกิดการสังเคราะห์ ATP นั่นคือห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนนี้รับอิเล็กตรอนจากระบบภาพถ่าย I ไม่ใช่ II ระบบภาพถ่ายระบบแรกเหมือนเดิมคือใช้วัฏจักร: อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากมันจะถูกส่งกลับไปยังมัน ระหว่างทาง พวกเขาใช้พลังงานส่วนหนึ่งไปกับการสังเคราะห์ ATP

โฟโตฟอสโฟรีเลชั่นและออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่น

ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถเปรียบเทียบได้กับระยะการหายใจของเซลล์ - ออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่นซึ่งเกิดขึ้นบนคริสเตของไมโตคอนเดรีย การสังเคราะห์ ATP ยังเกิดขึ้นที่นั่นเนื่องจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและโปรตอนผ่านสายโซ่ของพาหะ อย่างไรก็ตาม ในกรณีของการสังเคราะห์ด้วยแสง พลังงานจะถูกเก็บไว้ใน ATP ไม่ใช่ตามความต้องการของเซลล์ แต่เพื่อความต้องการของการสังเคราะห์ด้วยแสงในช่วงมืดเป็นหลัก และถ้าในระหว่างการหายใจแหล่งพลังงานเริ่มแรกคือสารอินทรีย์ ดังนั้นในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงก็จะเป็นแสงแดด การสังเคราะห์ ATP ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงเรียกว่า โฟโตฟอสโฟรีเลชั่นมากกว่าออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่น

ระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

เป็นครั้งแรกที่มีการศึกษาระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงอย่างละเอียดโดยคาลวิน เบนสัน และบาสเซม วงจรปฏิกิริยาที่พวกเขาค้นพบต่อมาถูกเรียกว่า วงจรคาลวิน หรือการสังเคราะห์ด้วยแสง C 3 ในพืชบางกลุ่มจะมีการสังเกตวิถีการสังเคราะห์แสงที่ถูกดัดแปลง - C 4 หรือที่เรียกว่าวงจร Hatch-Slack

ในปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงที่มืด CO 2 ได้รับการแก้ไขระยะมืดเกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์

การลดลงของ CO 2 เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานของ ATP และแรงรีดิวซ์ของ NADP H 2 ที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาแสง หากไม่มีพวกมัน การตรึงคาร์บอนจะไม่เกิดขึ้น ดังนั้น แม้ว่าระยะความมืดไม่ได้ขึ้นอยู่กับแสงโดยตรง แต่ก็มักจะเกิดขึ้นในแสงด้วย

วงจรคาลวิน

ปฏิกิริยาแรกของระยะมืดคือการเติม CO 2 ( คาร์บอกซิเลชันจ) ถึง 1,5-ไรบูโลส ไบฟอสเฟต ( ไรบูโลส-1,5-บิสฟอสเฟต) – ริบีเอฟ- หลังเป็นไรโบสฟอสโฟรีเลตสองเท่า ปฏิกิริยานี้ถูกเร่งโดยเอนไซม์ไรบูโลส-1,5-ไดฟอสเฟต คาร์บอกซีเลส หรือที่เรียกว่า รูบิสโก.

อันเป็นผลมาจากคาร์บอกซิเลชันจะเกิดสารประกอบหกคาร์บอนที่ไม่เสถียรซึ่งเป็นผลมาจากการไฮโดรไลซิสจะแบ่งออกเป็นโมเลกุลสามคาร์บอนสองโมเลกุล กรดฟอสโฟกลีเซอริก (PGA)- ผลิตภัณฑ์แรกของการสังเคราะห์ด้วยแสง PGA เรียกอีกอย่างว่าฟอสโฟกลีเซอเรต

ซี่โครง + CO 2 + H 2 O → 2FGK

FHA ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน 3 อะตอม ซึ่งหนึ่งในนั้นเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มคาร์บอกซิลที่เป็นกรด (-COOH):

น้ำตาลสามคาร์บอน (กลีเซอราลดีไฮด์ฟอสเฟต) เกิดขึ้นจาก PGA ไตรโรสฟอสเฟต (TP)รวมถึงหมู่อัลดีไฮด์ (-CHO) แล้ว:

FHA (กรด 3) → TF (3-น้ำตาล)

ปฏิกิริยานี้ต้องใช้พลังงานของ ATP และพลังงานรีดิวซ์ของ NADP H2 TF เป็นคาร์โบไฮเดรตตัวแรกของการสังเคราะห์ด้วยแสง

หลังจากนั้น ที่สุดไทรโอสฟอสเฟตถูกใช้ไปกับการฟื้นฟูไรบูโลส ไบฟอสเฟต (RiBP) ซึ่งถูกนำมาใช้อีกครั้งในการจับกับ CO 2 การสร้างใหม่ประกอบด้วยชุดของปฏิกิริยาที่ใช้ ATP มากซึ่งเกี่ยวข้องกับน้ำตาลฟอสเฟตโดยมีอะตอมของคาร์บอนจำนวน 3 ถึง 7 อะตอม

วงจรของ RiBF นี้คือวงจรคาลวิน

ส่วนเล็กๆ ของ TF ที่เกิดขึ้นจะออกจากวงจรคาลวิน ในแง่ของ 6 โมเลกุลที่ถูกผูกไว้ผลผลิตคาร์บอนไดออกไซด์คือไตรโอสฟอสเฟต 2 โมเลกุล ปฏิกิริยารวมของวงจรกับผลผลิตเข้าและออก:

6CO 2 + 6H 2 O → 2TP

ในกรณีนี้ RiBP 6 โมเลกุลมีส่วนร่วมในการจับและ 12 โมเลกุลของ PGA ถูกสร้างขึ้นซึ่งถูกแปลงเป็น 12 TF โดย 10 โมเลกุลยังคงอยู่ในวงจรและถูกแปลงเป็น 6 โมเลกุลของ RiBP เนื่องจาก TP เป็นน้ำตาลสามคาร์บอนและ RiBP เป็นคาร์บอนห้าคาร์บอน ดังนั้นเราจึงมีความสัมพันธ์กับอะตอมคาร์บอน: 10 * 3 = 6 * 5 จำนวนอะตอมคาร์บอนที่ให้วัฏจักรไม่เปลี่ยนแปลง RiBP ที่จำเป็นทั้งหมด ถูกสร้างใหม่ และโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ 6 โมเลกุลที่เข้าสู่วงจรจะถูกใช้ไปกับการก่อตัวของโมเลกุลไตรโอสฟอสเฟต 2 โมเลกุลที่ออกจากวงจร

วัฏจักรคาลวินต่อโมเลกุล CO 2 ที่ถูกผูกไว้ 6 โมเลกุล ต้องใช้โมเลกุล ATP 18 โมเลกุลและ NADP H 2 12 โมเลกุล ซึ่งถูกสังเคราะห์ขึ้นในปฏิกิริยาของระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง

การคำนวณขึ้นอยู่กับโมเลกุลไตรโอสฟอสเฟตสองตัวที่ออกจากวงจรเนื่องจากโมเลกุลกลูโคสที่เกิดขึ้นในเวลาต่อมาประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน 6 อะตอม

ไตรโรสฟอสเฟต (TP) เป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของวัฏจักรคาลวิน แต่แทบจะเรียกได้ว่าเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการสังเคราะห์ด้วยแสงไม่ได้เนื่องจากแทบจะไม่สะสม แต่เมื่อทำปฏิกิริยากับสารอื่น ๆ จะถูกเปลี่ยนเป็นกลูโคส ซูโครส แป้ง ไขมัน กรดไขมัน และกรดอะมิโน ยกเว้นทีเอฟ บทบาทที่สำคัญ FGK เล่นแล้ว อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาดังกล่าวเกิดขึ้นไม่เพียงแต่ในสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงเท่านั้น ในแง่นี้ ระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเหมือนกับวัฏจักรคาลวิน

จาก FGK ทีละขั้นตอน การเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์เกิดน้ำตาลหกคาร์บอน ฟรุกโตส 6-ฟอสเฟตซึ่งกลายเป็น กลูโคส- ในพืช กลูโคสสามารถรวมตัวเป็นแป้งและเซลลูโลสได้ การสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตคล้ายกับกระบวนการย้อนกลับของไกลโคไลซิส

การหายใจด้วยแสง

ออกซิเจนยับยั้งการสังเคราะห์ด้วยแสง ยิ่งมี O2 เข้ามาก สิ่งแวดล้อมยิ่งกระบวนการผูก CO 2 มีประสิทธิภาพน้อยลง ความจริงก็คือเอนไซม์ไรบูโลสไบฟอสเฟตคาร์บอกซิเลส (รูบิสโก) สามารถทำปฏิกิริยาไม่เพียงกับคาร์บอนไดออกไซด์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงออกซิเจนด้วย ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาความมืดจะแตกต่างออกไปบ้าง

ฟอสโฟไกลโคเลตเป็นกรดฟอสโฟไกลโคลิก หมู่ฟอสเฟตจะถูกแยกออกทันทีและกลายเป็นกรดไกลโคลิก (ไกลโคเลต) หากต้องการ "รีไซเคิล" จำเป็นต้องมีออกซิเจนอีกครั้ง ดังนั้นยิ่งออกซิเจนในบรรยากาศมากเท่าไรก็จะยิ่งกระตุ้นการหายใจด้วยแสงมากขึ้นเท่านั้น ให้กับพืชมากขึ้นจะต้องใช้ออกซิเจนเพื่อกำจัดผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา

การหายใจด้วยแสงคือการใช้ออกซิเจนและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ขึ้นอยู่กับแสงนั่นคือการแลกเปลี่ยนก๊าซเกิดขึ้นขณะหายใจ แต่เกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์และขึ้นอยู่กับการแผ่รังสีของแสง การหายใจด้วยแสงขึ้นอยู่กับแสงเท่านั้นเนื่องจากไรบูโลสไบฟอสเฟตเกิดขึ้นเฉพาะในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงเท่านั้น

ในระหว่างการหายใจด้วยแสง อะตอมของคาร์บอนจากไกลโคเลตจะกลับสู่วัฏจักรคาลวินในรูปของกรดฟอสโฟกลีเซอริก (ฟอสโฟกลีเซอเรต)

2 ไกลโคเลต (C 2) → 2 ไกลออกซิเลต (C 2) → 2 ไกลซีน (C 2) - CO 2 → ซีรีน (C 3) → ไฮดรอกซีไพรูเวท (C 3) → กลีเซอเรต (C 3) → FHA (C 3)

อย่างที่คุณเห็น การกลับมาไม่สมบูรณ์ เนื่องจากอะตอมของคาร์บอนหนึ่งอะตอมจะสูญเสียไปเมื่อไกลซีนสองโมเลกุลถูกแปลงเป็นซีรีนกรดอะมิโนหนึ่งโมเลกุล และ คาร์บอนไดออกไซด์.

จำเป็นต้องใช้ออกซิเจนในระหว่างการเปลี่ยนไกลโคเลตเป็นไกลออกซิเลตและไกลซีนเป็นซีรีน

การเปลี่ยนไกลโคเลตเป็นไกลออกซิเลตแล้วเปลี่ยนเป็นไกลซีนเกิดขึ้นในเปอร์รอกซิโซม และการสังเคราะห์ซีรีนในไมโตคอนเดรีย ซีรีนจะเข้าสู่เปอร์รอกซิโซมอีกครั้ง โดยจะเปลี่ยนเป็นไฮดรอกซีไพรูเวตก่อน จากนั้นจึงเปลี่ยนเป็นกลีเซอเรต กลีเซอเรตเข้าสู่คลอโรพลาสต์แล้วโดยที่ PGA ถูกสังเคราะห์จากมัน

การหายใจด้วยแสงเป็นลักษณะเฉพาะของพืชที่มีการสังเคราะห์ด้วยแสงประเภท C 3 เป็นหลัก อาจถือได้ว่าเป็นอันตราย เนื่องจากพลังงานจะสูญเปล่าในการเปลี่ยนไกลโคเลตเป็น PGA เห็นได้ชัดว่าการหายใจด้วยแสงเกิดขึ้นเนื่องจากพืชโบราณไม่ได้เตรียมไว้สำหรับออกซิเจนจำนวนมากในชั้นบรรยากาศ ในตอนแรก วิวัฒนาการของพวกมันเกิดขึ้นในบรรยากาศที่อุดมไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ และสิ่งนี้เองที่ยึดศูนย์กลางปฏิกิริยาของเอนไซม์รูบิสโกเป็นหลัก

การสังเคราะห์ด้วยแสง C 4 หรือวงจร Hatch-Slack

หากในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง C 3 ผลิตภัณฑ์แรกของระยะมืดคือกรดฟอสโฟกลีเซอริกซึ่งมีอะตอมของคาร์บอนสามอะตอมดังนั้นในระหว่างเส้นทาง C 4 ผลิตภัณฑ์แรกคือกรดที่มีอะตอมของคาร์บอนสี่อะตอม: มาลิก, ออกซาโลอะซิติก, แอสพาร์ติก

การสังเคราะห์ด้วยแสง C 4 พบได้ในพืชเขตร้อนหลายชนิด เช่น อ้อยและข้าวโพด

พืช C4 ดูดซับคาร์บอนมอนอกไซด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและแทบไม่มีการหายใจด้วยแสงเลย

พืชที่การสังเคราะห์ด้วยแสงในระยะมืดดำเนินไปตามเส้นทาง C4 มีโครงสร้างใบพิเศษ ในนั้นกลุ่มหลอดเลือดถูกล้อมรอบด้วยเซลล์สองชั้น ชั้นในเป็นชั้นบุของมัดตัวนำไฟฟ้า ชั้นนอกเป็นเซลล์มีโซฟิลล์ คลอโรพลาสต์ของชั้นเซลล์ต่างกัน

เมโซฟิลิกคลอโรพลาสต์มีลักษณะเป็นแกรนาขนาดใหญ่ กิจกรรมสูงระบบแสงขาดเอนไซม์ RiBP-carboxylase (rubisco) และแป้ง นั่นคือคลอโรพลาสต์ของเซลล์เหล่านี้ได้รับการปรับให้เข้ากับระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นหลัก

ในคลอโรพลาสต์ของเซลล์มัดหลอดเลือด Grana แทบจะไม่ได้รับการพัฒนาเลย แต่ความเข้มข้นของ RiBP carboxylase นั้นสูง คลอโรพลาสต์เหล่านี้ได้รับการปรับให้เหมาะกับช่วงมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

คาร์บอนไดออกไซด์จะเข้าสู่เซลล์มีโซฟิลล์ก่อน และจับกับกรดอินทรีย์ ในรูปแบบนี้จะถูกส่งไปยังเซลล์เปลือก ซึ่งปล่อยออกมาและจับกันเพิ่มเติมในลักษณะเดียวกับในพืช C 3 นั่นคือเส้นทาง C 4 เป็นส่วนเติมเต็ม แทนที่จะแทนที่ C 3

ในมีโซฟิลล์ CO2 จะรวมกับฟอสโฟอีนอลไพรูเวต (PEP) เพื่อสร้างออกซาโลอะซิเตต (กรด) ที่มีอะตอมของคาร์บอน 4 อะตอม:

ปฏิกิริยาเกิดขึ้นกับการมีส่วนร่วมของเอนไซม์ PEP carboxylase ซึ่งมีความสัมพันธ์กับ CO 2 มากกว่ารูบิสโก นอกจากนี้ PEP carboxylase ยังไม่มีปฏิกิริยากับออกซิเจน ซึ่งหมายความว่าจะไม่ถูกใช้ไปกับการหายใจด้วยแสง ดังนั้นข้อดีของการสังเคราะห์ด้วยแสง C 4 คือการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นการเพิ่มความเข้มข้นในเซลล์เปลือกและส่งผลให้การทำงานของ RiBP carboxylase มีประสิทธิภาพมากขึ้นซึ่งแทบจะไม่ใช้ในการหายใจด้วยแสง

ออกซาโลอะซิเตตจะถูกแปลงเป็นกรดไดคาร์บอกซิลิก 4 คาร์บอน (มาเลตหรือแอสพาเทต) ซึ่งถูกขนส่งเข้าไปในคลอโรพลาสต์ของเซลล์มัดเปลือก ในที่นี้กรดจะถูกดีคาร์บอกซิเลต (กำจัด CO2) ออกซิไดซ์ (กำจัดไฮโดรเจน) และแปลงเป็นไพรูเวต ไฮโดรเจนจะลด NADP ไพรูเวตกลับคืนสู่มีโซฟิลล์ โดยที่ PEP จะถูกสร้างขึ้นใหม่โดยใช้ ATP

CO 2 ที่แยกออกจากกันในคลอโรพลาสต์ของเซลล์เปลือกจะไปยังทางเดิน C 3 ปกติของการสังเคราะห์ด้วยแสงในช่วงมืดนั่นคือไปยังวัฏจักรคาลวิน

การสังเคราะห์ด้วยแสงผ่านวิถี Hatch-Slack ต้องใช้พลังงานมากขึ้น

เชื่อกันว่าวิถี C4 เกิดขึ้นภายหลังในการวิวัฒนาการมากกว่าวิถี C3 และส่วนใหญ่เป็นการปรับตัวต่อการหายใจด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงประกอบด้วยสองขั้นตอน - แสงและความมืด

ในช่วงแสง ควอนตัมแสง (โฟตอน) ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลคลอโรฟิลล์ ซึ่งส่งผลให้โมเลกุลเหล่านี้มีความสำคัญมาก เวลาอันสั้นเข้าสู่สภาวะ "ตื่นเต้น" ที่อุดมไปด้วยพลังงานมากขึ้น พลังงานส่วนเกินของโมเลกุล "ตื่นเต้น" บางส่วนจะถูกแปลงเป็นความร้อนหรือปล่อยออกมาเป็นแสง อีกส่วนหนึ่งของมันถูกถ่ายโอนไปยังไฮโดรเจนไอออนซึ่งจะปรากฏอยู่เสมอ สารละลายที่เป็นน้ำเนื่องจากการแยกตัวของน้ำ อะตอมไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจะเกิดพันธะอย่างหลวมๆ กับ โมเลกุลอินทรีย์- ตัวพาไฮโดรเจน ไฮดรอกไซด์ไอออน "OH" จะปล่อยอิเล็กตรอนให้กับโมเลกุลอื่นและกลายเป็นอนุมูลอิสระ OH

4OH = O2 + 2H2O ดังนั้นแหล่งกำเนิดของโมเลกุลออกซิเจนที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงและปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศคือโฟโตไลซิส - การสลายตัวของน้ำภายใต้อิทธิพลของแสง นอกจากกระบวนการโฟโตไลซิสของน้ำแล้วยังมีพลังงานอีกด้วย รังสีแสงอาทิตย์ใช้ในระยะแสงสำหรับการสังเคราะห์ ATP และ ADP และฟอสเฟตโดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของออกซิเจน นี้เป็นอย่างมาก กระบวนการที่มีประสิทธิภาพ: คลอโรพลาสต์ผลิต ATP มากกว่าไมโตคอนเดรียของพืชชนิดเดียวกันถึง 30 เท่าโดยมีส่วนร่วมของออกซิเจน ด้วยวิธีนี้ พลังงานที่จำเป็นสำหรับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงในช่วงมืดจึงถูกสะสมไว้

ในปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อนของเฟสมืดซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้แสง การจับตัวของ CO2 จะถูกครอบครองโดยสถานที่สำคัญ ปฏิกิริยาเหล่านี้เกี่ยวข้องกับ โมเลกุลเอทีพีสังเคราะห์ขึ้นในช่วงระยะแสง และอะตอมไฮโดรเจนเกิดขึ้นระหว่างโฟโตไลซิสของน้ำและเกี่ยวข้องกับโมเลกุลพาหะ:

6СО2 + 24Н -» С6Н12О6 + 6НО

นี่คือวิธีที่พลังงานของแสงอาทิตย์ถูกแปลงเป็นพลังงานของพันธะเคมีของสารประกอบอินทรีย์เชิงซ้อน

87. ความสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสงสำหรับพืชและต่อโลก

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นแหล่งพลังงานหลักทางชีวภาพ ออโตโทรฟสังเคราะห์แสงใช้เพื่อสังเคราะห์สารอินทรีย์จากสารอนินทรีย์ มีเฮเทอโรโทรฟโดยเสียค่าใช้จ่ายของพลังงานที่เก็บไว้โดยออโตโทรฟในรูปของพันธะเคมี โดยปล่อยออกมาในกระบวนการหายใจและการหมัก พลังงานที่มนุษยชาติได้รับจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล (ถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ,พีท) ก็จะถูกเก็บไว้ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงเช่นกัน

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นปัจจัยหลักของคาร์บอนอนินทรีย์เข้าไป วงจรทางชีวภาพ- ออกซิเจนอิสระทั้งหมดในชั้นบรรยากาศมีต้นกำเนิดทางชีวภาพและเป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสง การก่อตัวของบรรยากาศออกซิไดซ์ ( ภัยพิบัติจากออกซิเจน) เปลี่ยนสถานะโดยสิ้นเชิง พื้นผิวโลกทำให้การหายใจเกิดขึ้นได้ และต่อมาหลังจากการก่อตัวของชั้นโอโซน ก็ทำให้สิ่งมีชีวิตขึ้นบกได้ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นพื้นฐานของสารอาหารสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด และยังให้เชื้อเพลิงแก่มนุษยชาติ (ไม้ ถ่านหิน น้ำมัน) เส้นใย (เซลลูโลส) และมีประโยชน์มากมายนับไม่ถ้วน สารประกอบเคมี- ประมาณ 90-95% ของน้ำหนักแห้งของพืชเกิดจากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำที่รวมกันจากอากาศในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง ส่วนที่เหลืออีก 5-10% มาจากเกลือแร่และไนโตรเจนที่ได้จากดิน

มนุษย์ใช้ผลิตภัณฑ์สังเคราะห์แสงประมาณ 7% เป็นอาหาร อาหารสัตว์ และในรูปของเชื้อเพลิงและวัสดุก่อสร้าง

การสังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งเป็นหนึ่งในกระบวนการที่พบบ่อยที่สุดในโลก เป็นตัวกำหนดวัฏจักรตามธรรมชาติของคาร์บอน ออกซิเจน และองค์ประกอบอื่นๆ และจัดหาวัสดุและพลังงานพื้นฐานสำหรับสิ่งมีชีวิตบนโลกของเรา การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นแหล่งออกซิเจนในบรรยากาศเพียงแหล่งเดียว

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นหนึ่งในกระบวนการที่พบได้บ่อยที่สุดในโลก โดยจะกำหนดวัฏจักรของคาร์บอน O2 และองค์ประกอบอื่นๆ ในธรรมชาติมันก่อให้เกิดวัตถุและพื้นฐานอันทรงพลังของทุกชีวิตบนโลก ทุกปีจากการสังเคราะห์ด้วยแสง คาร์บอนประมาณ 8,1010 ตันจะถูกจับกันในรูปของอินทรียวัตถุ และเกิดเซลลูโลสมากถึง 1,011 ตัน ด้วยการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชบกจึงผลิตชีวมวลแห้งได้ประมาณ 1.8,1,011 ตันต่อปี ชีวมวลของพืชในปริมาณที่เท่ากันนั้นเกิดขึ้นในมหาสมุทรทุกปี ป่าเขตร้อนมีส่วนช่วยมากถึง 29% ในการผลิตการสังเคราะห์แสงโดยรวมของที่ดิน และการมีส่วนร่วมของป่าไม้ทุกประเภทคือ 68% การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชและสาหร่ายชั้นสูงเป็นแหล่งเดียวของ O2 ในชั้นบรรยากาศ การเกิดขึ้นบนโลกเมื่อประมาณ 2.8 พันล้านปีก่อน กลไกการเกิดออกซิเดชันของน้ำกับการก่อตัวของ O2 คือ เหตุการณ์ที่สำคัญที่สุดวี วิวัฒนาการทางชีววิทยาซึ่งทำให้แสงจากดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดหลัก - พลังงานฟรีชีวมณฑลและน้ำ - แหล่งไฮโดรเจนที่แทบไม่ จำกัด สำหรับการสังเคราะห์สารในสิ่งมีชีวิต ผลที่ได้คือบรรยากาศ องค์ประกอบที่ทันสมัย, O2 พร้อมสำหรับการเกิดออกซิเดชันของอาหาร และสิ่งนี้นำไปสู่การเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตเฮเทอโรโทรฟิคที่มีการจัดระเบียบสูง (โดยใช้สารอินทรีย์ภายนอกเป็นแหล่งคาร์บอน) ปริมาณการกักเก็บพลังงานรังสีแสงอาทิตย์ทั้งหมดในรูปของผลิตภัณฑ์สังเคราะห์ด้วยแสงอยู่ที่ประมาณ 1.6 1,021 กิโลจูลต่อปี ซึ่งสูงกว่าการใช้พลังงานสมัยใหม่ของมนุษยชาติประมาณ 10 เท่า ประมาณครึ่งหนึ่งของพลังงานรังสีดวงอาทิตย์อยู่ในขอบเขตที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม (ความยาวคลื่น l จาก 400 ถึง 700 นาโนเมตร) ซึ่งใช้สำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง (รังสีที่ออกฤทธิ์ทางสรีรวิทยาหรือ PAR) รังสีอินฟราเรดไม่เหมาะสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงของสิ่งมีชีวิตที่สร้างออกซิเจน (พืชและสาหร่ายในระดับสูง) แต่ถูกใช้โดยแบคทีเรียสังเคราะห์แสงบางชนิด

การค้นพบกระบวนการสังเคราะห์ทางเคมีโดย S.N. ลักษณะของกระบวนการ

การสังเคราะห์ทางเคมีเป็นกระบวนการสังเคราะห์สารอินทรีย์จากคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการออกซิเดชันของแอมโมเนีย ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และสารเคมีอื่นๆ ในช่วงชีวิตของจุลินทรีย์ การสังเคราะห์ทางเคมียังมีชื่ออื่น - เคมีบำบัดอัตโนมัติ การค้นพบการสังเคราะห์ทางเคมีโดย S. N. Vinogradovsky ในปี พ.ศ. 2430 ได้เปลี่ยนแปลงความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์อย่างรุนแรงเกี่ยวกับประเภทของเมแทบอลิซึมที่เป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต การสังเคราะห์ทางเคมีเป็นสารอาหารประเภทเดียวสำหรับจุลินทรีย์หลายชนิด เนื่องจากจุลินทรีย์เหล่านี้สามารถดูดซึมคาร์บอนไดออกไซด์เป็นแหล่งคาร์บอนเพียงแหล่งเดียว การสังเคราะห์ทางเคมีใช้พลังงานที่สร้างขึ้นจากปฏิกิริยารีดอกซ์ซึ่งแตกต่างจากพลังงานแสง ซึ่งแตกต่างจากการสังเคราะห์ด้วยแสง

พลังงานนี้ควรจะเพียงพอสำหรับการสังเคราะห์กรดอะดีโนซีน ไตรฟอสฟอริก (ATP) และปริมาณควรเกิน 10 กิโลแคลอรี/โมล สารออกซิไดซ์บางชนิดบริจาคอิเล็กตรอนให้กับสายโซ่ที่ระดับไซโตโครมอยู่แล้ว และทำให้เกิดการใช้พลังงานเพิ่มเติมสำหรับการสังเคราะห์สารรีดิวซ์ ในระหว่างการสังเคราะห์ทางเคมี การสังเคราะห์ทางชีวภาพของสารประกอบอินทรีย์เกิดขึ้นเนื่องจากการดูดกลืนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แบบออโตโทรฟิก นั่นคือในลักษณะเดียวกับในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นผลมาจากการถ่ายเทอิเล็กตรอนไปตามสายโซ่ของเอนไซม์ทางเดินหายใจของแบคทีเรียที่สะสมอยู่ เยื่อหุ้มเซลล์พลังงานจะได้มาในรูปของ ATP เนื่องจากการใช้พลังงานที่สูงมากแบคทีเรียที่สังเคราะห์ทางเคมีทั้งหมดยกเว้นไฮโดรเจนจึงก่อให้เกิดชีวมวลค่อนข้างน้อย แต่ในขณะเดียวกันพวกมันก็ออกซิไดซ์สารอนินทรีย์ในปริมาณมาก นักวิทยาศาสตร์ใช้แบคทีเรียไฮโดรเจนเพื่อผลิตโปรตีนและทำความสะอาดบรรยากาศจากคาร์บอนไดออกไซด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งจำเป็นในพื้นที่ปิด ระบบนิเวศน์- มีแบคทีเรียสังเคราะห์ทางเคมีหลายชนิด ส่วนใหญ่เป็นของ pseudomonads และยังพบได้ในแบคทีเรียที่มีเส้นใยและออกดอก ได้แก่ leptospira, spirilla และ corynebacteria

ตัวอย่างการใช้เคมีสังเคราะห์โดยโปรคาริโอต

แก่นแท้ของการสังเคราะห์ทางเคมี (กระบวนการที่ค้นพบ นักวิจัยชาวรัสเซีย Sergei Nikolaevich Vinogradsky) - ร่างกายได้รับพลังงานผ่านปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ร่างกายดำเนินการด้วยสารธรรมดา (อนินทรีย์) ตัวอย่างของปฏิกิริยาดังกล่าวอาจเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชันของแอมโมเนียมกับไนไตรท์ หรือไดเวเลนต์เหล็กเป็นเฟอร์ริก ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นกำมะถัน ฯลฯ มีความสามารถในการสังเคราะห์ทางเคมีเท่านั้น บางกลุ่มโปรคาริโอต (แบคทีเรียใน ในความหมายกว้างๆคำ). เนื่องจากการสังเคราะห์ทางเคมี ปัจจุบันมีเพียงระบบนิเวศของแหล่งความร้อนใต้พิภพบางแห่งเท่านั้นที่มีอยู่ (สถานที่บนพื้นมหาสมุทรซึ่งมีทางออกของความร้อน) น้ำบาดาลอุดมไปด้วยสารรีดิวซ์ - ไฮโดรเจน, ไฮโดรเจนซัลไฟด์, เหล็กซัลไฟด์ ฯลฯ ) รวมถึงระบบนิเวศที่เรียบง่ายอย่างยิ่งซึ่งประกอบด้วยแบคทีเรียเท่านั้นซึ่งพบได้ที่ระดับความลึกมากในรอยเลื่อนของหินบนพื้นดิน

แบคทีเรียเป็นสารเคมีสังเคราะห์และทำลาย หิน, ทำความสะอาด น้ำเสียมีส่วนร่วมในการก่อตัวของแร่ธาตุ

ตามชื่อที่สื่อถึง การสังเคราะห์ด้วยแสงโดยพื้นฐานแล้วเป็นการสังเคราะห์สารอินทรีย์ตามธรรมชาติ โดยเปลี่ยน CO2 จากบรรยากาศและน้ำให้เป็นกลูโคสและออกซิเจนอิสระ

สิ่งนี้จำเป็นต้องมีพลังงานแสงอาทิตย์

สมการทางเคมีสำหรับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยทั่วไปสามารถแสดงได้ดังนี้:

การสังเคราะห์ด้วยแสงมีสองขั้นตอน: ความมืดและแสงสว่าง ปฏิกิริยาทางเคมีของระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากปฏิกิริยาของระยะแสง แต่การสังเคราะห์ด้วยแสงในระยะมืดและระยะแสงขึ้นอยู่กับกันและกัน

ระยะแสงสามารถเกิดขึ้นได้ในใบพืชโดยเฉพาะเมื่อถูกแสงแดด สำหรับความมืด จำเป็นต้องมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นสาเหตุที่พืชต้องดูดซับก๊าซจากชั้นบรรยากาศอย่างต่อเนื่อง ทั้งหมด ลักษณะเปรียบเทียบการสังเคราะห์ด้วยแสงในระยะมืดและสว่างจะแสดงไว้ด้านล่าง เพื่อจุดประสงค์นี้จึงถูกสร้างขึ้น ตารางเปรียบเทียบ"ขั้นตอนการสังเคราะห์ด้วยแสง"

ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง

กระบวนการหลักในระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ ประกอบด้วยคลอโรฟิลล์ โปรตีนขนส่งอิเล็กตรอน ATP synthetase (เอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยา) และแสงแดด

นอกจากนี้ กลไกการเกิดปฏิกิริยาสามารถอธิบายได้ดังต่อไปนี้ เมื่อแสงแดดส่องกระทบใบสีเขียวของพืช คลอโรฟิลล์อิเล็กตรอน (ประจุลบ) จะตื่นเต้นในโครงสร้างซึ่งเปลี่ยนรูปเป็น สถานะใช้งานอยู่ทิ้งโมเลกุลเม็ดสีไว้และไปสิ้นสุดที่ ข้างนอกไทลาคอยด์ซึ่งเป็นเมมเบรนที่มีประจุลบเช่นกัน ในเวลาเดียวกัน โมเลกุลของคลอโรฟิลล์จะถูกออกซิไดซ์และโมเลกุลที่ถูกออกซิไดซ์แล้วจะลดลง ดังนั้นจึงดึงอิเล็กตรอนจากน้ำที่อยู่ในโครงสร้างของใบ

กระบวนการนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าโมเลกุลของน้ำสลายตัว และไอออนที่สร้างขึ้นจากโฟโตไลซิสของน้ำจะปล่อยอิเล็กตรอนและกลายเป็นอนุมูล OH ที่สามารถทำปฏิกิริยาต่อไปได้ จากนั้นอนุมูล OH ที่เกิดปฏิกิริยาเหล่านี้จะรวมกันเพื่อสร้างโมเลกุลของน้ำและออกซิเจนที่เต็มเปี่ยม ในกรณีนี้ ออกซิเจนอิสระจะเล็ดลอดเข้าไป สภาพแวดล้อมภายนอก.

อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาและการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดนี้เมมเบรน thylakoid ของใบไม้ที่ด้านหนึ่งมีประจุบวก (เนื่องจากไอออน H+) และอีกด้านหนึ่ง - เป็นลบ (เนื่องจากอิเล็กตรอน) เมื่อความแตกต่างระหว่างประจุเหล่านี้ทั้งสองด้านของเมมเบรนถึงมากกว่า 200 mV โปรตอนจะผ่านช่องทางพิเศษของเอนไซม์ ATP synthetase และด้วยเหตุนี้ ADP จะถูกแปลงเป็น ATP (อันเป็นผลมาจากกระบวนการฟอสโฟรีเลชั่น) ก อะตอมไฮโดรเจนซึ่งถูกปล่อยออกจากน้ำ จะคืนค่าตัวขนส่ง NADP+ เฉพาะให้เป็น NADP·H2 ดังที่เราเห็นแล้วว่า ผลของระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง กระบวนการหลักสามกระบวนการเกิดขึ้น:

1. การสังเคราะห์เอทีพี;
2. การสร้าง NADP H2;
3. การก่อตัวของออกซิเจนอิสระ

อย่างหลังถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ และ NADP H2 และ ATP มีส่วนร่วมในระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงในระยะมืดและสว่างมีลักษณะเฉพาะคือต้องใช้พลังงานจำนวนมากในส่วนของพืช แต่ระยะมืดดำเนินไปเร็วกว่าและใช้พลังงานน้อยกว่า ปฏิกิริยาเฟสมืดไม่ต้องการแสงแดด จึงสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งกลางวันและกลางคืน

กระบวนการหลักทั้งหมดของระยะนี้เกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์ของพืช และเป็นตัวแทนของการเปลี่ยนแปลงต่อเนื่องของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศ ปฏิกิริยาแรกในห่วงโซ่ดังกล่าวคือการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ เพื่อให้เกิดขึ้นได้อย่างราบรื่นและเร็วขึ้น ธรรมชาติได้จัดเตรียมเอนไซม์ RiBP-carboxylase ซึ่งกระตุ้นการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์

ถัดไปจะเกิดปฏิกิริยาทั้งวัฏจักรซึ่งความสมบูรณ์คือการเปลี่ยนกรดฟอสโฟกลีเซอริกเป็นกลูโคส (น้ำตาลธรรมชาติ) ปฏิกิริยาทั้งหมดนี้ใช้พลังงานของ ATP และ NADP H2 ซึ่งถูกสร้างขึ้นในช่วงแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง นอกจากกลูโคสแล้ว การสังเคราะห์ด้วยแสงยังผลิตสารอื่นๆ อีกด้วย ในจำนวนนี้มีกรดอะมิโน กรดไขมัน กลีเซอรอล และนิวคลีโอไทด์หลายชนิด

ขั้นตอนการสังเคราะห์ด้วยแสง: ตารางเปรียบเทียบ

เกณฑ์การเปรียบเทียบ	เฟสแสง	เฟสมืด
แสงแดด	ที่จำเป็น	ไม่จำเป็น
สถานที่ที่เกิดปฏิกิริยา	คลอโรพลาสต์กราน่า	คลอโรพลาสต์ สโตรมา
การพึ่งพาแหล่งพลังงาน	ขึ้นอยู่กับแสงแดด	ขึ้นอยู่กับ ATP และ NADP H2 ที่เกิดขึ้นในช่วงแสงและปริมาณของ CO2 จากบรรยากาศ
วัสดุเริ่มต้น	คลอโรฟิลล์, โปรตีนขนส่งอิเล็กตรอน, ATP synthetase	คาร์บอนไดออกไซด์
แก่นแท้ของเฟสและสิ่งที่ก่อตัวขึ้น	ปล่อย O2 อิสระ เกิด ATP และ NADP H2	การก่อตัวของน้ำตาลธรรมชาติ (กลูโคส) และการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศ

การสังเคราะห์ด้วยแสง - วิดีโอ

แต่ละ สิ่งมีชีวิตบนโลกนี้ต้องการอาหารหรือพลังงานเพื่อความอยู่รอด สิ่งมีชีวิตบางชนิดกินสิ่งมีชีวิตอื่น ในขณะที่บางชนิดสามารถผลิตสารอาหารของตัวมันเองได้ พวกมันผลิตอาหารของตัวเอง ซึ่งก็คือกลูโคส ในกระบวนการที่เรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจเชื่อมโยงถึงกัน ผลของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือกลูโคสซึ่งถูกกักเก็บเป็นพลังงานเคมีเข้าไป พลังงานเคมีที่เก็บไว้นี้เป็นผลมาจากการแปลงคาร์บอนอนินทรีย์ (คาร์บอนไดออกไซด์) ให้เป็นคาร์บอนอินทรีย์ กระบวนการหายใจจะปล่อยพลังงานเคมีที่สะสมไว้ออกมา

นอกจากผลิตภัณฑ์ที่ผลิตได้ พืชยังต้องการคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจนเพื่อความอยู่รอดอีกด้วย น้ำที่ถูกดูดซึมจากดินจะให้ไฮโดรเจนและออกซิเจน ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง คาร์บอนและน้ำจะถูกนำมาใช้ในการสังเคราะห์อาหาร พืชยังต้องการไนเตรตเพื่อสร้างกรดอะมิโน (กรดอะมิโนเป็นส่วนประกอบในการสร้างโปรตีน) นอกจากนี้พวกเขาต้องการแมกนีเซียมเพื่อผลิตคลอโรฟิลล์

บันทึก:สิ่งมีชีวิตที่ต้องพึ่งอาหารอื่นเรียกว่า สัตว์กินพืช เช่น วัว รวมถึงพืชที่กินแมลง เป็นตัวอย่างหนึ่งของเฮเทอโรโทรฟ สิ่งมีชีวิตที่ผลิตอาหารเองเรียกว่า พืชสีเขียวและสาหร่ายเป็นตัวอย่างของออโตโทรฟ

ในบทความนี้ คุณจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการสังเคราะห์ด้วยแสงที่เกิดขึ้นในพืชและสภาวะที่จำเป็นสำหรับกระบวนการนี้

ความหมายของการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการทางเคมีที่พืช (สาหร่ายบางชนิด) ผลิตกลูโคสและออกซิเจนจากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ โดยใช้เพียงแสงเป็นแหล่งพลังงาน

กระบวนการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกเพราะมันจะปล่อยออกซิเจนซึ่งชีวิตทั้งหมดขึ้นอยู่กับ

ทำไมพืชถึงต้องการกลูโคส (อาหาร)?

เช่นเดียวกับมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ พืชก็ต้องการสารอาหารเพื่อความอยู่รอดเช่นกัน ความสำคัญของกลูโคสสำหรับพืชมีดังนี้:

• กลูโคสที่ผลิตโดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงจะใช้ในระหว่างการหายใจเพื่อปล่อยพลังงานที่พืชต้องการสำหรับกระบวนการสำคัญอื่นๆ
• เซลล์พืชยังแปลงกลูโคสบางส่วนให้เป็นแป้งซึ่งจะใช้ตามความจำเป็น ด้วยเหตุนี้ พืชที่ตายแล้วจึงถูกนำมาใช้เป็นชีวมวลเนื่องจากพวกมันกักเก็บพลังงานเคมี
• นอกจากนี้ กลูโคสยังจำเป็นสำหรับสร้างสารเคมีอื่นๆ เช่น โปรตีน ไขมัน และน้ำตาลจากพืช ซึ่งจำเป็นต่อการรองรับการเจริญเติบโตและกระบวนการที่สำคัญอื่นๆ

ขั้นตอนการสังเคราะห์ด้วยแสง

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน: แสงและความมืด

ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ตามชื่อที่แสดง ระยะของแสงต้องการแสงแดด ในปฏิกิริยาที่อาศัยแสง พลังงานจากแสงแดดจะถูกคลอโรฟิลล์ดูดซับและแปลงเป็นพลังงานเคมีที่สะสมอยู่ในรูปของโมเลกุลพาหะอิเล็กตรอน NADPH (นิโคตินาไมด์ อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์ ฟอสเฟต) และโมเลกุลพลังงาน ATP (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต) ระยะแสงเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ภายในคลอโรพลาสต์

ระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงหรือวัฏจักรคาลวิน

ในช่วงมืดหรือวัฏจักรคาลวิน อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นจากระยะแสงจะให้พลังงานเพื่อสร้างคาร์โบไฮเดรตจากโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ เฟสที่ไม่ขึ้นกับแสงบางครั้งเรียกว่าวัฏจักรคาลวินเนื่องจากลักษณะของกระบวนการเป็นวัฏจักร

แม้ว่าเฟสมืดจะไม่ใช้แสงเป็นสารตั้งต้น (และเป็นผลให้สามารถเกิดขึ้นได้ในช่วงกลางวันหรือกลางคืน) แต่พวกมันต้องการผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาที่ขึ้นอยู่กับแสงจึงจะทำงานได้ โมเลกุลที่ไม่ขึ้นกับแสงขึ้นอยู่กับโมเลกุลพาพลังงาน ATP และ NADPH เพื่อสร้างโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตใหม่ เมื่อพลังงานถูกถ่ายโอน โมเลกุลพาหะของพลังงานจะกลับสู่ระยะแสงเพื่อผลิตอิเล็กตรอนที่มีพลังมากขึ้น นอกจากนี้แสงยังกระตุ้นเอนไซม์เฟสมืดหลายชนิดอีกด้วย

แผนภาพขั้นตอนการสังเคราะห์ด้วยแสง

บันทึก:ซึ่งหมายความว่าระยะความมืดจะไม่ดำเนินต่อไปหากพืชขาดแสงเป็นเวลานานเกินไป เนื่องจากพืชใช้ผลิตภัณฑ์ของระยะแสง

โครงสร้างของใบพืช

เราไม่สามารถศึกษาการสังเคราะห์ด้วยแสงได้อย่างสมบูรณ์หากปราศจากความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างของใบไม้ ใบไม้ถูกดัดแปลงให้มีบทบาทสำคัญในกระบวนการสังเคราะห์แสง

โครงสร้างภายนอกของใบ

• สี่เหลี่ยม

ลักษณะที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของพืชคือพื้นที่ผิวใบขนาดใหญ่ พืชสีเขียวส่วนใหญ่มีใบกว้าง แบน และเปิดกว้างซึ่งสามารถจับได้มาก พลังงานแสงอาทิตย์(แสงแดด) เท่าที่จำเป็นในการสังเคราะห์แสง

• หลอดเลือดดำส่วนกลางและก้านใบ

เส้นกลางและก้านใบเชื่อมต่อกันเป็นโคนใบ ก้านใบวางตำแหน่งใบเพื่อให้ได้รับแสงมากที่สุด

• ใบมีด

ใบไม้ธรรมดาจะมีใบเดียว ในขณะที่ใบที่ซับซ้อนมีหลายใบ ใบมีดเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของใบซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

• หลอดเลือดดำ

โครงข่ายหลอดเลือดดำในใบทำหน้าที่ลำเลียงน้ำจากลำต้นไปยังใบ กลูโคสที่ปล่อยออกมาจะถูกส่งไปยังส่วนอื่นๆ ของพืชจากใบผ่านทางหลอดเลือดดำ นอกจากนี้ ส่วนของใบไม้เหล่านี้ยังรองรับและรักษาใบมีดให้เรียบเพื่อให้จับแสงแดดได้มากขึ้น การจัดเรียงของหลอดเลือดดำ (venation) ขึ้นอยู่กับชนิดของพืช

• ฐานใบ

โคนใบเป็นส่วนต่ำสุดซึ่งประกบกับก้าน บ่อยครั้งที่โคนใบจะมีเงื่อนไขคู่หนึ่ง

• ขอบใบ

ขอบของใบสามารถมีรูปร่างที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับชนิดของพืชรวมถึง: ทั้งหมด, หยัก, หยัก, มีรอยบาก, ครีเนท ฯลฯ

• ปลายใบ

เหมือนกับขอบใบด้านบนคือ รูปทรงต่างๆรวมถึง: แหลม, กลม, ทื่อ, ยาว, ดึงออก ฯลฯ

โครงสร้างภายในของใบ

ด้านล่างเป็นแผนภาพปิด โครงสร้างภายในเนื้อเยื่อใบ:

• หนังกำพร้า

หนังกำพร้าเป็นส่วนหลัก ชั้นป้องกันบนพื้นผิวของพืช ตามกฎแล้วที่ด้านบนของใบจะหนากว่า หนังกำพร้าถูกปกคลุมไปด้วยสารคล้ายขี้ผึ้งที่ช่วยปกป้องพืชจากน้ำ

• หนังกำพร้า

หนังกำพร้าเป็นชั้นของเซลล์ที่เป็นเนื้อเยื่อปกคลุมใบ หน้าที่หลักคือปกป้องเนื้อเยื่อภายในของใบจากการคายน้ำ ความเสียหายทางกล และการติดเชื้อ นอกจากนี้ยังควบคุมกระบวนการแลกเปลี่ยนก๊าซและการคายน้ำ

• เมโสฟิลล์

Mesophyll เป็นเนื้อเยื่อหลักของพืช นี่คือจุดที่กระบวนการสังเคราะห์แสงเกิดขึ้น ในพืชส่วนใหญ่ มีโซฟิลล์แบ่งออกเป็นสองชั้น ชั้นบนเป็นรั้วเหล็ก และชั้นล่างเป็นรูพรุน

• กรงป้องกัน

เซลล์ป้องกันเป็นเซลล์พิเศษในชั้นหนังกำพร้าของใบซึ่งใช้ในการควบคุมการแลกเปลี่ยนก๊าซ พวกเขาแสดง ฟังก์ชั่นการป้องกันสำหรับปากใบ รูขุมขนปากใบจะมีขนาดใหญ่เมื่อมีน้ำอย่างอิสระ มิฉะนั้น กรงป้องกันกลายเป็นเซื่องซึม

• ปาก

การสังเคราะห์ด้วยแสงขึ้นอยู่กับการแทรกซึมของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) จากอากาศผ่านปากใบเข้าไปในเนื้อเยื่อมีโซฟิลล์ ออกซิเจน (O2) ที่ได้รับเป็น ผลพลอยได้การสังเคราะห์ด้วยแสงออกจากพืชผ่านทางปากใบ เมื่อปากใบเปิด น้ำจะสูญเสียไปเนื่องจากการระเหย และจะต้องถูกแทนที่โดยการคายน้ำด้วยน้ำที่รากดูดซับไว้ พืชถูกบังคับให้รักษาสมดุลของปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่ดูดซับจากอากาศและการสูญเสียน้ำผ่านรูปากใบ

เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง

ต่อไปนี้เป็นเงื่อนไขที่พืชจำเป็นต้องดำเนินการกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง:

• คาร์บอนไดออกไซด์.ก๊าซธรรมชาติไม่มีสี ไม่มีกลิ่น พบได้ในอากาศ และมีชื่อทางวิทยาศาสตร์ว่า CO2 มันเกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ของคาร์บอนและสารประกอบอินทรีย์ และยังเกิดขึ้นระหว่างการหายใจด้วย
• น้ำ- ของเหลวใส สารเคมีไม่มีกลิ่นและรสจืด (ภายใต้สภาวะปกติ)
• แสงสว่าง.แม้ว่า แสงประดิษฐ์เหมาะสำหรับพืชด้วย แสงแดดธรรมชาติมีแนวโน้มที่จะสร้าง เงื่อนไขที่ดีที่สุดเพื่อการสังเคราะห์ด้วยแสงเพราะมีส่วนประกอบจากธรรมชาติ รังสีอัลตราไวโอเลตซึ่งมี อิทธิพลเชิงบวกบนพืช
• คลอโรฟิลล์.เป็นเม็ดสีเขียวที่พบในใบพืช
• สารอาหารและแร่ธาตุเคมีภัณฑ์และ สารประกอบอินทรีย์ซึ่งรากพืชดูดซับมาจากดิน

อะไรเกิดขึ้นจากการสังเคราะห์ด้วยแสง?

• กลูโคส;
• ออกซิเจน

(พลังงานแสงแสดงอยู่ในวงเล็บเพราะว่าไม่สำคัญ)

บันทึก:พืชได้รับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศผ่านทางใบ และน้ำจากดินผ่านทางราก พลังงานแสงมาจากดวงอาทิตย์ ออกซิเจนที่เกิดขึ้นจะถูกปล่อยออกสู่อากาศจากใบ ผลกลูโคสที่ได้สามารถแปลงเป็นสารอื่นๆ เช่น แป้ง ซึ่งใช้เป็นแหล่งสะสมพลังงาน

หากไม่มีปัจจัยที่ส่งเสริมการสังเคราะห์ด้วยแสงหรือมีอยู่ในปริมาณไม่เพียงพอ พืชอาจได้รับผลกระทบในทางลบ ตัวอย่างเช่น แสงที่น้อยลงจะสร้างสภาวะที่เอื้ออำนวยให้กับแมลงที่กินใบของพืช และการขาดน้ำจะทำให้พืชช้าลง

การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นที่ไหน?

การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นภายในเซลล์พืชในพลาสติดขนาดเล็กที่เรียกว่าคลอโรพลาสต์ คลอโรพลาสต์ (ส่วนใหญ่พบในชั้นมีโซฟิลล์) มีสารสีเขียวที่เรียกว่าคลอโรฟิลล์ ด้านล่างนี้เป็นส่วนอื่นๆ ของเซลล์ที่ทำงานร่วมกับคลอโรพลาสต์เพื่อสังเคราะห์แสง

โครงสร้างของเซลล์พืช

หน้าที่ของส่วนต่างๆ ของเซลล์พืช

• : ให้การสนับสนุนด้านโครงสร้างและกลไก ปกป้องเซลล์จาก แก้ไขและกำหนดรูปร่างของเซลล์ ควบคุมอัตราและทิศทางการเจริญเติบโต และให้รูปร่างแก่พืช
• : เป็นแพลตฟอร์มสำหรับคนส่วนใหญ่ กระบวนการทางเคมีควบคุมโดยเอนไซม์
• : ทำหน้าที่เป็นอุปสรรคควบคุมการเคลื่อนตัวของสารเข้าและออกจากเซลล์
• : ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น ประกอบด้วยคลอโรฟิลล์ ซึ่งเป็นสารสีเขียวที่ดูดซับพลังงานแสงผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
• : ช่องภายใน ไซโตพลาสซึมของเซลล์ซึ่งสะสมน้ำ
• : มีเครื่องหมายทางพันธุกรรม (DNA) ที่ควบคุมกิจกรรมของเซลล์

คลอโรฟิลล์ดูดซับพลังงานแสงที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าไม่ใช่ทุกความยาวคลื่นสีของแสงจะถูกดูดซับ พืชดูดซับความยาวคลื่นสีแดงและสีน้ำเงินเป็นหลัก โดยจะไม่ดูดซับแสงในช่วงสีเขียว

คาร์บอนไดออกไซด์ระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

พืชรับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศผ่านทางใบ คาร์บอนไดออกไซด์รั่วไหลผ่านรูเล็ก ๆ ที่ด้านล่างของใบ - ปากใบ

ส่วนล่างของใบมีเซลล์เว้นระยะหลวมๆ เพื่อให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไปถึงเซลล์อื่นๆ ในใบ นอกจากนี้ยังช่วยให้ออกซิเจนที่ผลิตโดยการสังเคราะห์ด้วยแสงหลุดออกจากใบได้ง่าย

คาร์บอนไดออกไซด์มีอยู่ในอากาศที่เราหายใจด้วยความเข้มข้นที่ต่ำมาก และเป็นปัจจัยที่จำเป็นในระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

แสงในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

ใบก็มักจะมี พื้นที่ขนาดใหญ่พื้นผิวจึงสามารถดูดซับแสงได้มาก พื้นผิวด้านบนได้รับการปกป้องจากการสูญเสียน้ำ โรค และการผุกร่อนด้วยชั้นขี้ผึ้ง (หนังกำพร้า) ด้านบนของแผ่นเป็นจุดที่แสงตกกระทบ ชั้นมีโซฟิลนี้เรียกว่ารั้วเหล็ก มันถูกปรับให้ดูดซับ ปริมาณมากแสงเนื่องจากมีคลอโรพลาสต์จำนวนมาก

ในช่วงแสง กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย จำนวนมากสเวต้า โมเลกุลของคลอโรฟิลล์จะถูกแตกตัวเป็นไอออนมากขึ้น และจะมีการสร้าง ATP และ NADPH มากขึ้นหากโฟตอนแสงกระจุกตัวอยู่บนใบไม้สีเขียว แม้ว่าแสงจะมีความสำคัญอย่างยิ่งในช่วงโฟโตเฟส แต่ควรสังเกตว่าปริมาณที่มากเกินไปสามารถทำลายคลอโรฟิลล์ และลดกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงได้

ระยะของแสงไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ น้ำ หรือคาร์บอนไดออกไซด์มากนัก แม้ว่าขั้นตอนทั้งหมดนี้จำเป็นต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงก็ตาม

น้ำในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

พืชได้รับน้ำที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงผ่านทางราก พวกเขามีขนรากที่งอกอยู่ในดิน รากมีลักษณะเฉพาะ พื้นที่ขนาดใหญ่พื้นผิวและผนังบางทำให้น้ำไหลผ่านได้ง่าย

ภาพแสดงพืชและเซลล์ที่มีน้ำเพียงพอ (ซ้าย) และขาดน้ำ (ขวา)

บันทึก:เซลล์รากไม่มีคลอโรพลาสต์เนื่องจากมักอยู่ในที่มืดและไม่สามารถสังเคราะห์แสงได้

หากพืชดูดซับน้ำไม่เพียงพอ มันก็จะเหี่ยวเฉา หากไม่มีน้ำ พืชจะไม่สามารถสังเคราะห์แสงได้เร็วเพียงพอและอาจตายได้

น้ำมีความสำคัญต่อพืชอย่างไร?

• ให้แร่ธาตุที่ละลายน้ำซึ่งสนับสนุนสุขภาพของพืช
• เป็นสื่อกลางในการขนส่ง
• รักษาความมั่นคงและความเที่ยงตรง
• เย็นและอิ่มตัวด้วยความชื้น
• ช่วยให้คุณสามารถดำเนินการต่างๆ ปฏิกิริยาเคมีในเซลล์พืช

ความสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสงในธรรมชาติ

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงทางชีวเคมีใช้พลังงานจากแสงแดดเพื่อแปลงน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นออกซิเจนและกลูโคส กลูโคสถูกใช้เป็นส่วนประกอบในพืชเพื่อการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อ ดังนั้นการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงเป็นวิธีการสร้างราก ลำต้น ใบ ดอก และผล หากไม่มีกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชจะไม่สามารถเติบโตหรือสืบพันธุ์ได้

• ผู้ผลิต

เนื่องจากความสามารถในการสังเคราะห์แสง พืชจึงเป็นที่รู้จักในฐานะผู้ผลิตและทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับแทบทุกชนิด ห่วงโซ่อาหารบนโลก (สาหร่ายก็เทียบเท่ากับพืชค่ะ) อาหารทั้งหมดที่เรากินมาจากสิ่งมีชีวิตที่มีการสังเคราะห์แสง เรากินพืชเหล่านี้โดยตรงหรือกินสัตว์เช่นวัวหรือหมูที่กินอาหารจากพืช

• ฐานของห่วงโซ่อาหาร

ภายในระบบน้ำ พืชและสาหร่ายยังเป็นพื้นฐานของห่วงโซ่อาหารอีกด้วย สาหร่ายทำหน้าที่เป็นอาหารซึ่งในทางกลับกันจะทำหน้าที่เป็นแหล่งโภชนาการสำหรับสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ โดยไม่มีการสังเคราะห์ด้วยแสงค่ะ สภาพแวดล้อมทางน้ำชีวิตคงเป็นไปไม่ได้

• การกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์

การสังเคราะห์ด้วยแสงจะแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นออกซิเจน ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง คาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศจะเข้าสู่พืชและถูกปล่อยออกมาเป็นออกซิเจน ในโลกปัจจุบัน ที่ระดับคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นในอัตราที่น่าตกใจ กระบวนการใดๆ ก็ตามที่จะกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากชั้นบรรยากาศก็มีความสำคัญต่อสิ่งแวดล้อม

• วงจรสารอาหาร

พืชและสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงอื่น ๆ มีบทบาทสำคัญในการหมุนเวียนของสารอาหาร ไนโตรเจนในอากาศถูกตรึงอยู่ในเนื้อเยื่อพืชและพร้อมสำหรับการสร้างโปรตีน ธาตุอาหารรองที่พบในดินสามารถรวมเข้ากับเนื้อเยื่อพืชได้และสามารถใช้ได้กับสัตว์กินพืชที่อยู่ต่อไปในห่วงโซ่อาหาร

• การพึ่งพาการสังเคราะห์แสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงขึ้นอยู่กับความเข้มและคุณภาพของแสง ที่เส้นศูนย์สูตรซึ่งมีแสงแดดอุดมสมบูรณ์ตลอดทั้งปีและน้ำไม่ใช่ปัจจัยจำกัด พืชมีอัตราการเติบโตสูงและอาจมีขนาดค่อนข้างใหญ่ ในทางกลับกัน การสังเคราะห์ด้วยแสงมีมากกว่า ส่วนลึกมหาสมุทรพบได้น้อยเนื่องจากแสงไม่สามารถทะลุผ่านชั้นเหล่านี้ได้ ส่งผลให้ระบบนิเวศแห้งแล้งมากขึ้น