ชีววิทยาเพิ่มเติม 3 ระดับชั้น ม.5

1. เรื่อง กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
รายวิชาชีววิทยาเพิ่มเติม 3
ภาคเรียนที่ 2 ปีการศึกษา 2559
คุณครูฐิตารีย์ สาเภา
โรงเรียนท่ามะกาวิทยาคม
สานักงานเขตพื้นที่การศึกษามัธยมศึกษาเขต 8 (กาญจนบุรี-ราชบุรี)

2. สืบค้นข้อมูล อธิบายและสรุปขั้นตอนที่สาคัญของกระบวนการสังเคราะห์
ด้วยแสง
ทดลองและสรุปความสามารถในการดูดกลืนแสงของสารสีชนิดต่างๆ
จุดประสงค์การเรียนรู้

3. เซลล์สาหร่ายหางกระรอก เซลล์เยื่อหอม
คาถาม : เราสามารถพบคลอโรพลาสต์ได้ที่ไหน และคลอโรพลาสต์มีหน้าที่อะไร

4. โครงสร้างภายในของใบ

5.  ภายในเซลล์พืชสีเขียวมีคลอโรพลาสต์
แหล่งที่เกิดการสังเคราะห์ด้วยแสง

6. โครงสร้างของ CHLOROPLAST
Stroma lamella

7.  เยื่อหุ้มชั้นนอก (outer membrane): เรียบ ประกอบด้วย Phospholipid และ
Protein หน้าที่ควบคุมการผ่านของสารใน cytoplasm กับ Chloroplast
 เยื่อหุ้มชั้นใน (inner membrane): เยื่อหุ้มชั้นถัดเข้ามาจากเยื่อหุ้มชั้นนอก
 ไทลาคอยด์ (Thylakoid): เนื้อเยื่อส่วนที่พับเหมือนเป็นถุงที่มีลักษณะแบนซ้อนทับ
กันเป็นชั้น ภายในมีช่องที่เรียกว่า lumen ซึ่งมีของเหลวและรงควัตถุต่างๆ บรรจุ
อยู่
 กรานุม (Granum): ส่วนของไทลาคอยด์ที่มีลักษณะคล้ายเหรียญซ้อนทับกันเป็น
ชั้นๆ
 สโตรมา (Stroma): ของเหลวภายในคลอโรพลาสต์ ประกอบด้วยเอนไซม์ต่างๆ ที่
จาเป็นสาหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง
 สโตรมาลาเมนลา (Stroma lamella): เนื้อเยื่อไทลาคอยด์ส่วนที่ไม่ได้ทับซ้อนกันซึ่ง
อยู่ระหว่างกรานุม
โครงสร้างของ CHLOROPLAST

8. มีคลอโรฟิลล์ และสารสีอื่นๆ ติด
อยู่
กลุ่มของสารสีระบบแสง I (P700)
และระบบแสง II (P680)
แกรนูล : รับพลังงานแสงทาให้
อิเล็กตรอนมีพลังงานสูงขึ้น เป็นที่
อยู่ของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการ
ถ่ายทอด e- ในปฏิกิริยาใช้แสง
ไทลาคอยด์ (THYLAKOID):

9. มีเอนไซม์ที่จาเป็นสาหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง
มี DNA RNA และไรโบโซมทาให้คลอโรพลาสต์จาลองตัวเอง และผลิต
โปรตีนที่เป็นเอนไซม์ที่ใช้การสังเคราะห์ด้วยแสง
สโตรมา (STROMA):

10.  ทดลองสกัดคลอโรฟิลล์และแคโทนอยด์จากใบพืชแล้วผ่านแสงแต่ละสีเข้าไป จากนั้น
วัดปริมาณแสงที่คลอโรฟิลล์ และแคโรทีนอยด์ดูดกลืนไว้
สารสีในปฏิกิริยาแสง
 คลอโรฟิลล์เอ คลอโรฟิลล์บี และแคโรที
นอยด์ พบในใบพืชและสามารถดูดกลืน
แสงในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน
 คลอโรฟิลล์เอ ดูดกลืนแสงได้ 2 ช่วง คือ
ช่วงความยาวคลื่น 450 และ 680 nm แต่
ไม่ดูดกลืนแสงในช่วงความยาวคลื่น 500-
600 nm
 คลอโรฟิลล์บี และแคโรทีนอยด์ ดูดกลืน
แสงได้ในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน

11. การทดลองวัดอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช
ช่วงความยาวคลื่น 500-600 nm สารสี 3 ชนิดไม่มีการดูดกลืน
แสง แต่พบว่ามีการสังเคราะห์ด้วยแสง แสดงให้เห็นว่าในพืชอาจ
มีสารสีชนิดอื่นที่สามารถดูดกลืนแสงและเกิดการสังเคราะห์ด้วย
แสงได้

12. เปรียบเทียบกราฟ
 อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นได้มากในช่วงที่สารสีชนิดต่างๆ ดูดกลืนแสงได้มาก
แสดงว่าการดูดกลืนแสงของสารสีชนิดต่างๆ น่าจะเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง

13. สารสีที่พบในสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ

14.  Chlorophyll
 Carotenoid
 Phycobilin
 Bacteriochlorophyll
สารสีในปฏิกิริยาแสง

15.  สารสีเขียว
 พบในพืช สาหร่าย และไซยาโนแบคทีเรีย
 ทาให้พืชสามารถนาพลังงานแสงมาใช้ในกระบวนการ
สังเคราะห์แสงได้
 ดูดกลืนแสงสีน้าเงินและแสงสีแดงได้ดี
 Chlorophyll a : สีเขียวแกมน้าเงิน พบในพืช และ
สาหร่ายทุกชนิด ดูดกลืนแสงสีม่วงและน้าเงินได้ดีที่สุด
รองลงมาคือสีแดง และดูดกลืนแสงสีเขียวได้น้อยที่สุด
 Chlorophyll b : สีเขียวแกมเหลือง พบในพืช
สาหร่าย ยูกลีนา ดูดกลืนแสงสีน้าเงินได้ดีที่สุด รองลงมา
คือ แสงสีส้ม ดูดกลืนแสงสีเขียวได้น้อยที่สุด พบอยู่
รวมกัน Chlorophyll a
 Chlorophyll c : มีสีเขียว พบในสาหร่ายสีน้าตาล ได
อะตอม
 Chlorophyll d : มีสีเขียว พบในสาหร่ายสีแดง และ
กรีนแบคทีเรีย
CHLOROPHYLL

16.  สารประกอบพวกไขมัน
 พบในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่สังเคราะห์แสงได้
 ประกอบด้วย 2 ชนิด
 Carotene : สีแดง/สีส้ม พบในพืชและ
สาหร่ายทุกชนิด ถูกสังเคราะห์ต่อเป็นวิตามิน
A ในร่างกายสัตว์
 Xanthophyll : สารสีเหลือง/สีน้าตาล
พบในพืช และสาหร่ายทุกชนิด
CAROTENOID

17.  มีเฉพาะสาหร่ายสีแดงและไซยาโน
แบคทีเรีย
 Phycoerythrin : สีแดงแกมน้าตาล พบ
ในสาหร่ายสีแดง ดูดกลืนแสงสีเขียวได้มาก
ที่สุด
 Phycocyanin : สีเขียวแกมน้าเงิน พบใน
สาหร่ายสีเขียวแกมน้าเงิน ดูดกลืนแสงสีเขียว
และสีแดงได้มากที่สุด
PHYCOBILIN

18.  สารสีเขียว คล้ายคลอโรฟิลล์เอ มีแคโรทีนอยด์หุ้ม เห็นเป็นสีแดง สีม่วง หรือสีเหลือง
ส่วนใหญ่พบใน green bacteria
BACTERIOCHLOROPHYLL

19. สารสีในปฏิกิริยาแสง
 กลุ่มของสารสีที่ฝังตัวบนเยื่อไทลาคอยด์ในคลอโรพลาสต์ มีหน้าที่รับพลังงานแสง และส่ง
ต่อจนถึงคลอโรฟิลล์เอโมเลกุลพิเศษที่ศูนย์กลางปฏิกิริยา
 กลุ่มสารสีที่รับและส่งพลังงานแสง เรียกว่า antenna

20. สารสีในปฏิกิริยาแสง

21.  สารสีมีโครงสร้างโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมที่มีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่รอบ
นิวเคลียส การเคลื่อนที่ของ e- มีหลายระดับพลังงาน และสามารถเปลี่ยนระดับ
พลังงานได้เมื่อได้รับพลังงานที่เหมาะสม
 e- ที่เคลื่อนที่อยู่ในระดับพลังงานปกติจะเป็น e- ที่อยู่ในสถานะพื้น (ground state)
 เมื่อโมเลกุลของสารสีดูดกลืนพลังงานแสง e- จะถูกกระตุ้นให้มีพลังงานสูงขึ้น จนเกิด
การเคลื่อนที่สู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้นเรียก e- นี้ว่า e-ในสถานะถูกกระตุ้น (excited
state)
 e-ในสถานะถูกกระตุ้น ไม่คงตัว จึงปล่อยพลังงานออกเพื่อกลับสู่สภาวะปกติ
 พลังงานที่ปล่อยออกมาจะถ่ายทอดจากสารสีโมเลกุลหนึ่งไปสู่สารสีโมเลกุลอื่น และจะ
ถูกส่งต่อไปเรื่อยๆ จนเข้าสู่คลอโรฟิลล์เอโมเลกุลพิเศษซึ่งเป็นศูนย์กลางของปฏิกิริยา
ซึ่งเมื่อได้รับพลังงานที่เหมาะสมจะทาให้ e- หลุดออกจากโมเลกุลและมีตัวรับ e- มารับ
แล้วถ่ายทอดพลังงานไปยังตัวรับ e- อื่นๆ อีกหลายตัวจนกระทั่งถึงตัวรับ e- ตัวสุดท้าย
สารสีในปฏิกิริยาแสง

22.  antenna และ ศูนย์กลางปฏิกิริยาฝังตัวอยู่ในกลุ่มของโปรตีนที่ thylakoid
membrane ซึ่งมีตัวรับ e- รวมอยู่ด้วย
 กลุ่มของโปรตีน สารสี ตัวรับ e- รวมเรียกว่า ระบบแสง (Photosystem ; PS)
 พืชชั้นสูงมีระบบแสง 2 ชนิด คือ ระบบแสง I และระบบแสง II
 ระบบแสง I : รับพลังงานแสงที่มีความยาวคลื่น 700 nm เรียกว่า p700
 ระบบแสง II : รับพลังงานแสงที่มีความยาวคลื่น 680 nm เรียกว่า P680
สารสีในปฏิกิริยาแสง

23.  ปัจจัยสาคัญในการสังเคราะห์ด้วย
แสง คือ แสง CO2 และ H2O
 พืชมี organelle ที่สาคัญใน
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงคือ
คลอโรพลาสต์ ซึ่งพบในทุกเซลล์
ของอวัยวะพืชที่มีสีเขียว
 แบ่งเป็น 2 ขั้นตอน คือ ปฏิกิริยา
แสง (light reaction) เกิดที่เยื่อ
Thylakoid กับ การตรึง CO2
(carbondioxide fixation) เกิด
ที่ stroma
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

24.  การทดลองของอาร์นอน ทาให้ทราบว่า พืชดูดกลืนพลังงานแสงไว้ในคลอโรพลาสต์
และเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานเคมีในรูปของ ATP และ NADPH ที่พืชเอาไป
ใช้ต่อได้ เรียกปฏิกิริยานี้ว่า ปฏิกิริยาแสง (light reaction)
ปฏิกิริยาแสง (LIGHT REACTION)

25.  บน Thylakoid membrane มี ระบบแสง I ระบบแสง II และโปรตีนหลายชนิดทา
หน้าที่รับและถ่ายทอด e-
ปฏิกิริยาแสง (LIGHT REACTION)

26. การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักร (non-cyclic electron transfer)
การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบเป็นวัฏจักร (cyclic electron transfer)
ถ่ายทอดอิเล็กตรอน

27.  พืชได้รับพลังงานแสง ปฏิกิริยาเริ่มจาก antenna complex ถ่ายทอด e- ต่อให้กับ
reaction center ทั้งใน PSI และ PSII (เกิดพร้อมกัน)
 PSII เมื่อถูกกระตุ้นโดยพลังงานแสง และ e- ถูกถ่ายทอดไปแล้ว ส่งผลให้มีการดึง e- จาก
โมเลกุลน้า โดยปฏิกิริยาแยกโมเลกุลของน้าจากพลังงานแสง หรือ photolysis
 PSII ส่งต่อ e- ให้ตัวรับเช่น Plastoquinone (Pq), Cytochrome b6f (Cytochrome
complex), Plastocyanin (Pc) ในที่สุดก็จะส่งทอด e- ถึง PSI
 e- จะถูกลาเลียงต่อไปยัง Ferredoxin (Fd) ซึ่งจะให้ e- กับ NADP+ ซึ่งถือเป็นตัวรับ e-
ตัวสุดท้าย โดยการเร่งปฏิกิริยาของ เอนไซม์ Ferredoxin-NADP reductase (FNR)
 NADP+ จะได้รับ 2e- และ 1H+ ทาให้ได้ผลิตภัณฑ์เป็น NADPH เกิดขึ้นใน stroma ของ
chloroplast
 การถ่ายทอด e- ทาให้มีการสะสมโปรตอน (H+) ใน lumen จึงมีการปลดปล่อย H+ จาก
lumen สู่ stroma เกิดการ pump H+ เรียกว่า Chemiosmotic gradient ซึ่งจะถูก
นาไปใช้สร้าง ATP โดยการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ ATP synthase
การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักร

28. การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักร

29.  Photophosphorylation : การสร้าง ATP จากการเติมหมู่ ฟอสเฟตให้กับ ADP
ควบคู่ไปกับการถ่ายทอด อิเล็กตรอน ซึ่งพลังงานแสงทาให้น้าแตกตัว ให้ O2, H+,
และ e- โดย e- ถูกส่งไปตามลูกโซ่ในคลอโรพลาสต์ ทาให้เกิดพลังงงาน
 PSII : ได้รับ e- ทดแทนมาจากน้า
 PSI : ได้รับ e- ทดแทนมาจาก PSII เนื่องจากสูญเสีย e- ไปให้ NADP+ ได้ผลิตภัณฑ์
เป็น NADPH
 ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการถ่ายทอด e- แบบไม่เป็นวัฏจักร : ATP, NADPH, และได้ O2
และ H+ จากการแตกตัวของน้า
การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักร

30.  บางสภาวะ แสงกระตุ้นให้มีการถ่ายทอด e- ออกจาก reaction center และเคลื่อนย้าย
ไปยัง ตัวรับ e-
 Ferrydoxin ไม่สามารถส่ง e- ไปยัง NADP+ ได้ แต่กลับส่ง e- ให้กับ Cytochrome
b6f complex แทน ทาให้เกิดการเคลื่อนย้าย H+ เข้าสู่ lumen และในที่สุดก็จะส่งทอด
e- กลับมาที่ reaction center ของ PSI อีก วนเป็นวัฏจักร
 การสร้าง ATP เกิดจากความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ thylakoid membrane
 ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการถ่ายทอด e- แบบเป็นวัฏจักร คือ ATP
การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบเป็นวัฏจักร

31. การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบเป็นวัฏจักร

32. การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบเป็นวัฏจักร

33. รายละเอียด แบบไม่เป็นวัฏจักร แบบเป็นวัฏจักร
ระบบที่เกี่ยวข้อง ทั้ง PS I และ PS II PS I เท่านั้น
ความยาวคลื่นแสงที่
เกี่ยวข้อง
ตั้ง 680 nm ขึ้นไป
(680,700 nm)
700 nm
จานวน ATP ต่อ e- 1 คู่ 2 ATP 2 ATP
Photolysis เกิด ไม่เกิด
O2 เกิด ไม่เกิด
NADPH+H+ เกิด ไม่เกิด
ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น ATP, NADPH, O2, H+ ATP
ตารางสรุปความแตกต่างของการถ่ายทอดอิเล็กตรอน

34.  เกิดขึ้นหลังจากปฏิกิริยาแสง
 เพื่อนา CO2 จากสิ่งแวดล้อมมาใช้ในการสร้าง
สารประกอบประเภทคาร์โบไฮเดรต
 อาศัยพลังงาน ATP และ NADPH ที่ได้จาก
ปฏิกิริยาแสง และเกิดขึ้นเป็นวัฏจักร
 ค้นพบโดย เมลวิน คัลวิน (Melvin Calvin)
และ แอนดรู เอ เบนสัน (Andrew A.
Benson)
 ตาแหน่งที่เกิด : Stroma ของ Chloroplast
 ประกอบด้วยปฏิกิริยา 3 ขั้นตอน คือ
(1) carboxylation (2) reduction
(3) regeneration
การตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 FIXATION)

35.  ปฏิกิริยาการตรึง CO2 : เริ่มจาก CO2 ทาปฏิกิริยากับ ribulose 1,5-bisphosphate
หรือ RuBP ซึ่งเป็นน้าตาลที่มี C 5 อะตอม โดยมีเอนไซม์ ribulose 1,5-
bisphosphate carboxylase oxygenase หรือ Rubisco เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
 ผลิตภัณฑ์เป็นสารที่คาร์บอน 6 อะตอม แต่เป็นสารที่ไม่เสถียรจะสลายตัวเป็น
phosphoglycerate หรือ PGA ที่มีคาร์บอน 3 อะตอม จานวน 2 โมเลกุล
 ถ้า CO2 3 โมเลกุล รวมตัวกับ RuBP 3 โมเลกุล ได้เป็น PGA 6 โมเลกุล
(1) CARBOXYLATION

36.  PGA จานวน 6 โมเลกุล จะถูกรีดิวซ์โดยรับหมู่
ฟอสเฟตจาก ATP กลายเป็น 1,3-
bisphosphoglycerate (1,3 BPG)
 จากนั้น 1,3-bisphosphoglycerate (1,3
BPG) ถูกรีดิวซ์โดยรับอิเล็กตรอนจาก NADPH
ได้เป็นน้าตาลที่มีคาร์บอน 3 อะตอมคือ
glyceraldehyde 3-phosphate หรือ G3P
หรือ phosphoglyceraldehyde หรือ PGAL
 หลังจากสิ้นสุดขั้นตอนนี้จะเกิด G3P/PGAL ขึ้น
6 โมเลกุล ซึ่งน้าตาลที่มี C 3 อะตอมนี้ถือเป็น
น้าตาลตัวแรกที่เกิดขึ้นในวัฏจักรคัลวิน
(2) REDUCTION

37.  เป็นขั้นตอนที่สร้าง RuBP ขึ้นมาใหม่ เพื่อ
กลับไปรับ CO2 เข้าสู่วัฏจักรคัลวินใหม่ โดย
G3P ที่เกิดขึ้น 5 โมเลกุล จะถูกนาไปสร้าง
RuBP ได้ 3 โมเลกุล ซึ่งจะต้องอาศัย ATP ที่ได้
จากปฏิกิยาแสง
 น้าตาล G3P ที่เหลือ 1 โมเลกุลจะถูกนาไป
สร้างเป็นน้าตาลกลูโคสและน้าตาลไดแซกคาร์
ไรด์ เช่น น้าตาลซูโครส เพื่อลาเลียงไปยังส่วน
ต่างๆของพืช หรือสะสมในรูปเม็ดแป้ง ใน
Chloroplast หรือนาไปสร้างสารประกอบ
อินทรีย์ เช่น กรดไขมัน กรดอะมิโน
(3) REGENERATION

38. CO2 FIXATION
 สรุป Calvin Cycle
จานวน 1 รอบ
 ใช้
 CO2 3 โมเลกุล
 RuBP 3 โมเลกุล
 ATP 9 โมเลกุล
 NADPH 6 โมเลกุล
 ได้
 ADP+Pi 9 โมเลกุล
 NADP+ 6 โมเลกุล
 G3P/PGAL 1 โมเลกุล