การสังเคราะห์ด้วยแสง

แสง

400

450

500

550

600

650

700

การ

สังเคราะห์

แสง

การศึกษาที่เกี่ยวกับการสังเคราะห์ด้วยแสง

การเพิ่มความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

โฟโตเรสไพเรชัน

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

ปัจจัยบางประการที่มีผลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสง

การ

สังเคราะห์

แสง

การศึกษาที่เกี่ยวกับการสังเคราะห์ด้วยแสง

การเพิ่มความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

โฟโตเรสไพเรชัน

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

ปัจจัยบางประการที่มีผลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสง

การศึกษาที่เกี่ยวกับการสังเคราะห์ด้วยแสง

การศึกษาที่เกี่ยวกับการสังเคราะห์ด้วยแสง

ไทลาคอยด์
เยื่อหุ้มชั้นนอก

เยื่อหุ้มชั้นใน

สโตรมา

ลูเมน

กรานุ่ม

เกิดขึ้นใน คลอโรพลาสต์

คลอโรพลาสต์

การตรึงคาร์บอน (carbon fixation)/ วัฏจักรคัลวิน (Calvin cycle)

ปฏิกิริยาแสง (light reaction)

สร้างสารพลังงานสูง คือ NADPH และ ATP ในภาวะที่มีแสง เกิดขึ้นที่ ไทลาคอยด์

มีการสร้างน้าตาล เกิดขึ้นที่ สโตรมา โดยจะใช้ NADPH และ ATP ที่ได้จากปฏิกิริยาแสง

1

2

Multiple Choice

นักเรียนคิดว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง เกิดขึ้นบริเวณใดของคลอโรพลาสต์

• เยื่อหุ้มไทลาคอยด์

• สโตรมา

• สโตรมาเลเมลา

• กรานุม

Draw

ให้นักเรียนเขียนโครงสร้างของ RuBP

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

พลังงานแสง

แสงเป็นรังสีในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

มีสมบัติเป็นอนุภาค เรียกว่า โฟตอน
ระดับพลังงานของโพตอนจะแปรผันกับความยาวคลื่นของแสง
ซึ่งตามนุษย์มองเห็นได้ (visible light) เป็นแสงที่มีความยาวคลื่นช่วง 400-700 nm.

.
แสงในช่วงที่ตามนุษย์มองเห็นได้เป็นแสงที่พืชน าไปใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
โดยเฉพาะในช่วงแสงสีน้ าเงินและแสงสีแดง

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

สารสี (pigment)

ที่พบในพืชมีหลายชนิด เช่น

Carotenoid พบใน คลอโรพลาสต์ และ โครโมพลาสต์

พืชน้าพลังงานแสงมาใช้ในในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงได้

โดยใช้ สารสี เป็น ตัวรับพลังงานแสง

Chlorophyll พบใน คลอโรพลาสต์

แคโรที

นอยด์

คลอโรฟิลล์

เป็นสารที่มีสีเขียว
พบใน พืช สาหร่าย ไซยาโนแบคทีเรีย
จ้าแนกได้หลายชนิด

ชนิดที่พบในพืชและสาหร่ายสีเขียว คือ
คลอโรฟิลล์เอ และ คลอโรฟิลล์บี

เป็นสารที่มีสีเหลืองส้มจนถึงแดง

พบในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่
สังเคราะห์ด้วยแสงได้
จ้าแนกได้ 2 ชนิด คือ carotene
และ Xanthophyll

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

สารสี (pigment)

การดูดกลืนแสงของสารสี

400

450

500

550

600

650

700

ระดับการดูดกลืน

แสง

แคโรทีน

คลอโรฟิลล์บี

คลอโรฟิลล์เอ

สีของวัตถุที่ตามองเห็นมาจากแสงสีที่สะท้อน
หรือส่องผ่านวัตถุมายังตาได้

แต่หากวัตถุนั้นดูดกลืนแสงสีใดไว้ แสงสีนั้น
จะไม่มีการสะท้อนหรือส่องผ่านมายังตาได้

สังเกตกราฟ พบว่า คลอโรฟิลล์ดูดกลืน
แสงสีน้าเงินและแสงสีแดงได้ดีที่สุด

ดังนั้นการที่ตามนุษย์เห็นสีเขียวของใบไม้
จึงมาจากการสะท้อนของแสงสีเขียวเข้า
ตามากว่าแสงสีอื่น

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

ปฏิกิริยาแสง

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

Calvin cycle

Thylakoid

CO2

Sugar

Light

H2O

O2

NADP+, ADP

NADPH, ATP

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

ปฏิกิริยาแสง

Light Reaction

ปฏิกิริยาแสงในพืช

ระบบแสงในพืช

สารสีต่าง ๆ จะฝังตัวอยู่ในโปรตีน ที่เยื่อไทลาคอยด์

เพื่อท าหน้าที่ดูดกลืนพลังงานแสง

เมื่อได้รับพลังงานแสง สารสีจะท้าหน้าที่รับส่ง

พลังงานกันไปเป็นทอด ๆ

โดยยังไม่เกิดการถ่ายทอดอิเล็กตรอน

โครงสร้างโปรตีนและกลุ่มของสารสีที่ท้าหน้าที่

รับส่งพลังงานเหล่านี้เรียกว่า

antenna

เกี่ยวข้องในการให้และรับอิเล็กตรอนจากปฏิกิริยาแสง

ในการสร้าง NADPH จาก NADP+
และการสร้าง ATP จาก ADP

เกิดขึ้นที่เยื่อหุ้มของไทลาคอยด์

จะมีเฉพาะคลอโรฟิลล์เอโมเลกุลพิเศษที่เป็น

ศูนย์กลางปฏิกิริยา(reaction center)

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

ปฏิกิริยาแสง

ระบบแสง I

Photosystem I (PS I)

ระบบแสงในพืช

ศูนย์กลางปฏิกิริยาจะมีการถ่ายทอดอิเล็กตรอน

เมื่อได้รับพลังงานแสงที่ความยาวคลื่น

ไม่เกิน 700 นาโนเมตร

เรียกศูนย์กลางของระบบแสง I ว่า P700

ศูนย์กลางปฏิกิริยาจะมีการถ่ายทอดอิเล็กตรอน

เมื่อได้รับพลังงานแสงที่ความยาวคลื่น

ไม่เกิน 680 นาโนเมตร

เรียกศูนย์กลางของระบบแสง II ว่า P680

ระบบแสง II

Photosystem II (PS II)

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

ปฏิกิริยาแสง

>> Cyclic Reaction <<

เยื่อหุ้ม thylakoid

ADP

De+

De+

De+

De+

DH+

DH+

ATP

Light 700 nm.

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

ปฏิกิริยาแสง

>> Non-cyclic Reaction <<

Light 680 nm.
ADP

DH+

ATP

เยื่อหุ้ม thylakoid

H2O

O2 +

De+

DH+

DH+

Light 700 nm.

NADP+
NADPH

De+

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

การตรึงคาร์บอน

การตรึงคาร์บอนของพืช แบ่งได้เป็น 3 ขั้นตอน

คาร์บอกซิเลชัน

รีดักชัน

รีเจเนอเรชัน

เป็นการน า CO2 เข้าสู่วัฏจักร และท าปฏิกิริยาต่าง ๆ

เป็นการสร้าง RuBP ขึ้นมาใหม่ จากสารที่เหลือในปฏิกิริยา

เป็นการใช้ ATP และ NADH ที่ได้จากปฏิกิริยาแสง

1

2

3

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

การตรึงคาร์บอน

การตรึงคาร์บอนของพืช

คาร์บอกซิเลชัน

1

RUBP (5C)

2 PGA (3C)

CO2

rubisco

ขั้นตอนที่ CO2 เข้าสู่วัฏจักร และท้าปฏิกิริยากับ RUBP (5C)

โดยมีเอนไซม์ rubisco เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

ได้สารประกอบที่มีคาร์บอน 6 อะตอม ซึ่งเป็นสาร
ที่ไม่เสถียรจะสลายเป็น PGA (3C) 2 โมเลกุล

เป็นสารประกอบชนิดแรกที่เกิดขึ้นและเสถียร
ในวัฏจักรคัลวิน

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

การตรึงคาร์บอน

การตรึงคาร์บอนของพืช

รีดักชัน

2

ในขั้นตอนนี้มีการใช้ ATP และ NADPH ที่ได้จากปฏิกิริยาแสง

โดย แต่ละโมเลกุลของ PGA จะรับหมู่ฟอสเฟต จาก ATP
กลายเป็น 1,3BPG

จากนั้นจะถูกรีดิวส์โดยรับ e+จาก NADPH
ได้เป็น G3P (3C) ซึ่งเป็นน้าตาลชนิดแรกที่เกิดขึ้น
ในวัฏจักรคัลวิน

NADP+

PGA (3C)

1,3 BPG (3C)

ATP

ADP

NADPH

+ Pi

G3P (3C)

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

การตรึงคาร์บอน

การตรึงคาร์บอนของพืช

รีเจเนอเรชัน

3

3 RuBP (5C)

3ATP

5 G3P (3C)

3ADP

เป็นขั้นที่จะสร้าง RuBP ขึ้นใหม่

ซึ่งต้องใช้ ATP ที่ได้จากปฏิกิริยาแสง

โดยในวัฏจักรคัลวิน 1 รอบ ต้องการ 3 PuBP เพื่อ
ท้าปฏิกิริยาตรึง CO2 3 โมเลกุล ซึ่งจะได้ 6 PGA

เมื่อผ่านขั้นตอนรีดักชันจะได้ 6 G3P โดย 5 G3P
จะถูกน้าไปสร้าง 3 RuBP กลับคืนสู่วัฏจักรคัลวิน

คงเหลือ 1 G3P ที่จะออกจากวัฏจักรและถูกน้าไป
สร้างน้าตาลโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้น

Calvin Cycle

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

การตรึงคาร์บอน

3ATP

6NADPH

3ADP

G3P

5G3P

(33)

6NADP+

6G3P

Carboxylation

Reduction

Regeneration

(น้าตาล)

3ADP

3ATP

6PGA

3CO2

RuBP

2 PGA (3C)

6PGA (3C)

1,3 BPG (3C)

6ATP

6ADP

6NADPH

6NADP+ +Pi

6G3P (3C)

3RuBP (5C)

3CO2

rubisco

3 RuBP (5C)

3ATP

5 G3P (3C)

3ADP

G3P(น้าตาล)

โฟโตเรสไพเรชัน

จึงเรียกพืชกลุ่มนี้ว่า พืช C3

ซึ่งเป็นสารประกอบคาร์บอนที่เสถียรชนิดแรก

ที่มีคาร์บอน 3 อะตอม

พืชโดยทั่วไป ตรึง CO2 เข้าสู่วัฏจักรคัลวิน ได้เป็น

PGA

ข้าว

ข้าวสาลี

ถั่วเหลือง

(พืชที่ต้องการน้าปริมาณที่มาก และสม่้าเสมอในการด้ารงชีวิต)

โฟโตเรสไพเรชัน

พืช C3

ขนุน

มะยม

เมื่อพืชอยู่ในสภาวะที่ร้อน หรือแห้งแล้ง

รูปากใบจะแคบลง หรือปิดรูปากใบ เพื่อลดการสูญเสียน้า

เมื่อรูปากใบปิด CO2 จะเข้าสู่ใบไม่ได้ ท้าให้ปริมาณ CO2 ภายในเซลล์ต่้าลง

พืชจึงสร้างน้ าตาลไม่ได้

ในขณะเดียวกัน O2 ที่เกิดจากปฏิกิริยาแสงล้าเลียงออกจากใบผ่านรูปากใบไม่ได้

RuBP จึงเข้าจับกับ O2 (ปกติจะเข้าจับกับ CO2) ท้าให้ไม่เข้าสู่วัฏจักรคัลวิน

จากเหตุการณ์ดังกล่าวท้าให้เกิดกระบวนการที่เรียกว่า
การหายใจเชิงแสง หรือ โฟโตเรสไพเรชั่น

โฟโตเรสไพเรชัน

เพอร็อกซิโซม

ไมโทคอนเดรีย

CO2

สารที่มี 2C 2 โมเลกุล

สารที่มี 3C

2 RuBP (5C)

2 O2

2 PG (2C) + 2 PGA (3C)

คลอโรพลาสต์

วัฏจักร
คัลวิน

สารที่มี 3C

PGA (3C)

ATP

ADP
การเกิดโฟโตเรสไพเรชัน

แต่จะมีการเปลี่ยนแปลงสารผ่าน เพอร็อกซิโซม
และไมโทคอนเดรีย

สารที่ได้จากการหายใจเชิงแสง ไม่สามารถ
เข้าสู่วัฏจักรคัลวิน ได้โดยตรง

เพื่อให้ได้สารที่มีคาร์บอน 3 อะตอม จึงจะเข้า
สู่วัฏจักรคัลวินได้

การเพิ่มความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

พืชบางชนิดอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ร้อนหรือแห้งแล้งแต่ไม่เกิดโฟโตเรสไพเรชัน
หรือเกิดในอัตราที่น้อยมาก

เนื่องจากพืชเหล่านั้นมีกลไกในการเพิ่มความเข้มข้นของ CO2

ซึ่งท้าให้อัตราส่วนของ CO2 ต่อ O2 เพิ่มสูงขึ้น

ส่งผลให้รูบิสโกสามารถตรึง CO2 ได้เร็วกว่า O2 มากหรืออาจไม่มีการตรึง O2 เกิดขึ้น

กลไกในการเพิ่มความเข้มข้นของ CO2 ดังกล่าวนี้สามารถพบได้ในพืช C4 และพืช CAM

การเพิ่มความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

การตรึงคาร์บอนในพืช
C4

พืชที่ตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ แล้วได้สารเสถียรตัวแรกมี คาร์บอน 4 อะตอม (OAA)

ข้าวโพด

อ้อย

หญ้าแพรก

ข้าวฟ่าง

bundle sheath

จะมีคลอโรพลาสต์อยู่ภายใน
และชั้น mesophyll เซลล์จะมี

ลักษณะเดียว

มีการตรึงคาร์บอน 2 ครั้ง โดยเกิดขึ้นที่ เซลล์มีโซฟิลล์

และเซลล์บันเดิลชีท บริเวณละครั้ง

เป็นพืชเขตร้อน หรือบริเวณที่มีน้ าน้อย

โครงสร้างภายในของใบ

จะไม่มีคลอโรพลาสต์อยู่ภายใน
bundle sheath และ mesophyll

จะมี 2 แบบ

(spongy และ palisade)

การเพิ่มความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

การตรึงคาร์บอนในพืช C4

การตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ของพืช C4

ในอากาศ

Calvin cycle

น้าตาล

RuBP

Epidermis

ภายในใบ

ภายนอกใบ

OAA

Malic acid

Pyruvic acid

ATP

PEP

CO2

Bundle sheath cell

Mesophyll cell

HCO3-

CO2

ปากใบเปิด

การเพิ่มความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

การตรึงคาร์บอนในพืช
CAM

กระบองเพชร
กุหลาบหิน
ลิ้นมังกร

ว่านหางจระเข้

ปากใบปิดในช่วงกลางวัน เพื่อลดการคายน้ า
และจะเปิดในช่วงเวลากลางคืน เพื่อรับ CO2

เป็นพืชที่อยู่ในสภาพแวดล้อมที่แห้งแล้ง เช่นทะเลทราย

พืช CAM จะไม่มีการเปิดปากใบในตอนกลางวัน

เนื่องจากในสภาพแวดล้อมที่แห้งแล้งเวลากลางวันนั้น
อุณหภูมิสิ่งแวดล้อมจะสูง

ส่งผลให้เกิดการสูญเสียน้าออกไปทางปากใบ

พืช CAM จึงปิดปากใบในตอนกลางวัน

เพื่อลดการสูญเสียน้ า

การเพิ่มความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

การตรึงคาร์บอนในพืช
CAM

การตรึงคาร์บอนไดออกไซด์

พืช CAM จะมีการเปิดปากใบในตอนกลางคืน เพื่อเก็บสะสม
CO2 ไว้ใน แวคิวโอล

เมื่อถึงตอนกลางวันที่มีแสง คาร์บอนไดออกไซด์ที่ถูกเก็บสะสม
ไว้แวคิวโอล จะถูกใช้ในวัฏจักรคัลวินต่อไป

แต่ในพืช CAM จะเกิดภายในเซลล์มีโซฟิลล์
เพียงอย่างเดียว และเกิดต่างช่วงเวลาวัน

มีการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ 2 ครั้ง เหมือนกัน
&

กุหลาบหิน

การเพิ่มความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

การตรึงคาร์บอนในพืช CAM

PEP

CO2 ในอากาศ

กลางวัน

Mesophyll

Vacuole

ปากใบเปิด

กลางคืน

ปากใบปิด

Calvin cycle

น้าตาล

ภายในใบ

ภายนอกใบ

OAA

Malic acid

Pyruvic acid

CO2

CO2

RuBP

HCO3-

การเพิ่มความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

เปรียบเทียบการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช C3 พืช C4 และพืช CAM

ข้อเปรียบเทียบ

C3
C4
CAM

เอนไซม์ตัวแรกที่ใช้ตรึงคาร์บอน

สารตัวแรกที่ได้จากการตรึงคาร์บอน

ช่วงเวลาเปิดปากใบเพื่อน า CO2 เข้า

ต าแหน่งที่เกิดวัฏจักรคัลวิน

จ านวนครั้งในการตรึงคาร์บอน

RuBP

PEP

PEP

PGA

OAA

OAA

กลางวัน

กลางวัน

กลางคืน

แพลิเซดมีโซฟิลล์

บันเดิลชีท

มีโซฟิลล์

2 ครั้ง

2 ครั้ง

1 ครั้ง

ปัจจัยบางประการที่มีผลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสง

ปัจจัย

สิ่งแวดล้อม

ที่มีผลต่อ

การสังเคราะห์แสงของพืช

2

)

ความ

เข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ

1

)

ความ

เข้มแสง

4

)

อุณหภูมิ

5

)

ธาตุ

อาหาร

3

)

ปริมาณ

น้ า

โครงสร้างของใบ

อายุของใบ

อื่น ๆ