Downloaded 723 times
More Related Content
การสังเคราะห์ด้วยแสง1
- 1. บทที่ 12 การสงเคราะห์ดวยแสง ั ้ (photosynthesis) แอนนา ปัญโญ ตําแหน่งครูผ้ ช่วย ู โรงเรียนนารีรัตน์จงหวดแพร่ ั ั
- 2. 12.1 การค้นคว้าทเี่ กยวข้องกบการสังเคราะห์ด้วยแสง ี่ ั จุดประสงค์การเรี ยนรู้ เพื่อให้ นกเรี ยนสามารถ ั 1.สืบค้ นข้ อมูล วิเคราะห์ และสรุปการค้ นคว้ าของนักวิทยาศาสตร์ ในอดีตเกี่ยวกับการสังเคราะห์แสง 2. สืบค้ นข้ อมูล อธิบายและสรุปขันตอนที่สําคัญของกระบวนการ ้ สังเคราะห์ด้วยแสง
- 3. การคนควาท่ีเก่ียวของกบกระบวนการสงเคราะห์ดวยแสง ้ ้ ้ ั ั ้ • การสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) เป็ น กระบวนการที่พืชนําพลังงานแสงเปลียนเป็ นพลังงานเคมี ่ มาใช้ ในการสร้ างอาหารจากโมเลกุลของ คาร์ บอนไดออกไซด์และนํ ้า รวมทังปลดปล่อยออกซิเจน ้ ออกมา • การศึกษาเรื่ องราวการค้ นคว้ าที่เกี่ยวข้ องกับการ สังเคราะห์ด้วยแสงของนักวิทยาศาสตร์ ในอดีต จึงมี ความสําคัญที่จะทําให้ เข้ าใจเรื่ องราวของกระบวนการ สังเคราะห์ด้วยแสงดียิ่งขึ ้น
- 4. นักวิทยาศาสตร์ที่ทาการศึกษาเกี่ยวกับ photosynthesis ํ 1. ฌอง แบบติสท์ แวน เฮลมอง 6. จูเลียส ซาซ (Julius Sachs) (Jean Baptiste Van Helmont) 7. เองเกลมน (T.W. Engelmann) ั 2. โจเซฟ พริ สต์ลีย ์ (Joseph 8. แวน นีล (Van Niel) Priesley) 9. แซม รู เบน และมาร์ติน คาเมน ็ 3. แจน อินเกน ฮูซ (Jan Ingen (Sam Ruben และ Martin Housz) Kamen) 4. ฌอง ซีนีบิเยร์ (Jean Senebier) 10. โรบิน ฮิลล์ (Robin Hill) 5. นิโคลาส ธีโอดอร์ เดอ โซซูร์ 11. แดเนียล อาร์นอน (Daniel (Nicolas Theodore de Arnon)
- 5. ฌอง แบบติสท์ แวนเฮลมอง (Jean Baptiste Van Helmont) 5 ปอนด์ 169 ปอนด์ นํ ้าฝน หนงสือหน้า 66 ั
- 6. 1) นายแวน เฮลมองต์ •วัตถุดิบที่ใช้ ต้ นหลิว และนํ ้า • ผลที่ได้ นํ ้าหนักของต้ นหลิวที่เพิ่มขึ ้น
- 7. • ข้อสรุป นํ้าหนักของต้ นหลิวที่เพิ่มขึ ้นนัน มาจากนํ ้าเพียง ้ อย่างเดียว(โดยลืมพิจารณาถึง อากาศ แสง อุณหภูมิและ สิ่งแวดล้ อมอื่นๆที่เกี่ยวข้ อง)
- 8. โจเซฟ พริ สต์ลีย์ (Joseph Priesley) หนงสือหน้า67 ั
- 9. โจเซฟ พริ สต์ลีย์ (Joseph Priesley) หนงสือหน้า 68 ั การทดลองที่ 2 นําพืชสีเขียวใส่ในครอบแก้ ว 10 วัน
- 10. 2) นายโจเซฟ พริสต์ลีย ์ • วัตถุดบที่ใช้ อากาศเสีย ิ • ผลที่ได้ อากาศดี
- 11. พืชสเี ขียว ข้อสรุป อากาศเสย ี อากาศดี
- 12. ็ แจน อินเกน ฮูซ (Jan Ingen Housz) ทําการทดลองคล้ ายกับเพลส ลย์ พิสจน์ให้ เห็นว่าการทดลอง ี ู ของเพลสลีย์ได้ ผล คือ เทียนไขลุกไหม้ ตลอดเวลาเมื่อ พืชได้ รับแสง หนังสือหน้ า 69
- 13. ็ 3) นายอินเกน ฮูซ • วัตถุดบที่ใช้ คาร์ บอนไดออกไซด์ ิ • ผลท่ ได้ สารอินทรี ย์ และออกซิเจน ี แก๊ สที่เกิดจากการลุกไหม้ และแก๊ สที่เกิดจากการ หายใจออกของสัตว์เป็ นแก๊ สชนิดเดียวกัน คือ CO2 แก๊ สที่ช่วยในการลุกไหม้ และการหายใจ คือ O2
- 14. เมื่อพืชได้ รับแสง พืชจะนําCO2 เข้ าไปและปล่อย O2 ออกมา ต่อมาพบว่า พืชเก็บธาตุคาร์ บอนไว้ ในรูปของสารอินทรี ย์ ข้ อสรุ ป แสงสว่าง คาร์บอนไดออกไซด์ สารอนทรีย์ + ออกซเิ จน ิ พืชสเี ขียว
- 15. 4) นายนิโคลาส ธีโอเดอโซซูร์ •วตถุดบท่ ใช้ ั ิ ี CO2 และ H2O • ผลที่ได้ สารอนทรีย์ และ O2 ิ ได้ ศกษาทดลองพบว่า พืชมีการดูด CO2 ไปใช้ใน ึ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึงสอดคล้ องกับการศึกษา ่ ของฮูซ และยังได้ ทดลองแสดงให้ เห็นว่านํ ้าหนักของพืชที่ เพิ่มขึ ้นมากกว่านํ ้าหนักของ CO2 ที่พืชได้ รับ เขาสันนิษฐาน ว่านํ ้าหนักของพืชที่เพิ่มขึ ้นบางส่วนเป็ นนํ ้าหนักของนํ ้าที่พืช ได้ รับ
- 16. ข้อสรุป แสงสว่าง CO2 + H2O สารอนทรีย์(คาร์ โบไฮเดรต) + ิ พืชสเี ขยว ี O2
- 17. จูเลียส ซาซ (JuliusSachs) • พบว่าสารอินทรี ย์ที่พืชสร้ าง คือ นํ ้าตาล ซึงเป็ นสาร ่ คาร์ โบไฮเดรต
- 18. เองเกลมน (T.W. Engelmann) ั • การทดลองของเองเกลมัน ใช้ Aerobic bacteria และใช้ สาหร่าย spirogyra ท่ีมีรงควัตถุเหมือนพืช เพื่อยืนยันว่า ความยาวคลื่นแสงสีแดง และแสงสีมวง ทําให้ เกิดการ ่ สังเคราะห์แสงมากที่สด คือมีการปล่อย ออกซิเจนออกมามาก ุ สดน่นเอง ุ ั • จากการทดลองพบว่า Aerobic bacteria มารวมกลมกน ุ่ ั ที่บริ เวณสาหร่าย ได้ รับแสงสีแดงและสีนํ ้าเงิน เพราะทังสอง ้ บริ เวณนี ้สาหร่ายจะให้ แก๊ สออกซิเจน
- 20.
- 21. 5) นายแวน นีล- นกจุลชีววทยา ั ิ • วัตถุดบที่ไช้ CO2 และ H2S ิ • ผลที่ได้ CH2S และ H2O ทดลองเลี ้ยงแบคทีเรี ยที่สงเคราะห์ด้วยแสง โดยไม่ใช้ นํ ้าแต่ ั ใช้ H2S แทน ผลปรากฏว่าแทนที่จะเกิดแก๊ สออกซิเจน กลับเกิดซลเฟอร์ ั ขึ ้นแทน
- 22. ข้อสรุป แสงสว่าง CO2 + 2H2S คาร์ โบไฮเดรต + 2S + H2O แบคทีเรี ยที่สามารถสังเคราะห์แสงได้ (แบคทีรีโอคลอโรฟิ ลล์) การสังเคราะห์แสงของแบคทีเรี ยน่าจะคล้ ายกับพืช คือ การ สังเคราะห์แสงของพืชมีขนตอนที่โมเลกุลของนํ ้าจะแยกสลายให้ ั้ ออกซเิ จนอสระ ิ
- 23. แวน นีล (VanNiel) คาร์ โบไฮเดรต แบคทีเรี ยที่ CO2 สามารถสังเคราะห์ นํ ้า H2S ด้ วยแสงได้ ซัลเฟอร์
- 24. แบคทีเรี ยที่สามารถสังเคราะห์แสงได้ แบคทีเรี ยสีมวง(purple sulphur bacteria) ่ แบคทีเรี ยสีเขียว (green sulphur bacteria) แสงสว่าง CO2 + 2H2S คาร์ โบไฮเดรต + 2S + H2O แบคทีรีโอคลอโรฟิลล์
- 25. 6) แซม รูเบน และมาร์ติน คาเมน (Sam Ruben และ Martin Kamen) ทําการทดลองโดยใช้ นํ ้าที่ประกอบด้ วย 18O หนงสือหน้า 71 ั
- 26. โรบิน ฮิลล์ (RobinHill) หนงสือหน้า 72 ั (Fe3+) Fe2 ) ( +
- 27. 7) นายโรบิน ฮิลล์ •วัตถุดบที่ใช้ คลอโรพลาสต์ นํ ้า และเกลอเฟอริก ิ ื • ผลที่ได้ เกลือเฟอรัส + ออกซเจน ิ
- 28. ข้อสรุป แสง คลอโรพลาสต์ + นํ ้า + เกลอเฟอริก(Fe3+) ื เกลือเฟอรัส(Fe2+) + ออกซิเจน แสง คลอโรพลาสต์ + นํ ้า ไมเ่ กิดออกซเิ จน เกิดอะไรขึ ้น ? (Fe3+) (Fe2+)
- 29. เกลือเฟอริ ก (Fe3+)เปลียนเป็ นเกลือเฟอรัส (Fe2+) ได้ ก็เพราะ ่ ได้ รับอิเล็กตรอนจากนํ ้าซึงแตกตัวได้ เมื่อมีคลอโรพลาสต์และแสง ่ ขณะเดียวกันก็มีออกซิเจนเกิดขึ ้นในปฏิกิริยาด้ วย แสดงว่าเกลอเฟอริกทําหน้ าที่เป็ นตัวออกซิไดส์ (สารที่รับ ื อเลกตรอน) เกิดปฏิกิริยา oxidation ซึงจากการค้ นคว้ าต่อมา ิ ็ ่ พบว่าในพืชมีสารที่ทําหน้ าที่เป็ น ตัวออกซิไดส์หลายชนิด เช่น nicotinamide adenine dinucleotide phosphate เขียนย่อ ๆ ว่า NADP+
- 30. จากการทดลองของฮิลล์ สรุปได้ วาเมื่อคลอโรพลาสต์ได้รับ ่ พลังงานจากแสง และมีสารรับอิเล็กตรอนอยูด้วย นํ ้าก็จะแตกตัว ่ ให้ ออกซิเจนได้ โดยไม่จําเป็ นต้ องมีคาร์ บอนไดออกไซด์ จากการทดลองนี ้จึงนําไปสูแนวความคิดว่าปฏิกิริยาการ ่ สังเคราะห์ด้วยแสงน่าจะมีอย่างน้ อย 2 ขนตอนใหญ่คอขนท่ีปลอย ั้ ื ั้ ่ แก๊ สออกซิเจนกับขันที่เกี่ยวข้ องกับแก๊ สคาร์ บอนไดออกไซด์ ้ ปฏิกิริยาที่คลอโรพลาสต์ได้ รับพลังงานแสงแล้ วทําให้ เกิดการ แตกตัวของนํ ้า ให้ อิเล็กตรอนแล้ วเกิดก๊ าซออกซิเจน นี ้เรี ยกว่า ปฏิกิริยาของฮิลล์ (Hill Reaction)
- 31. ปฏิกิริยาออกซิ เดชัน รีดกชัน (Oxidation –reduction) ั - Oxidation/ให้อเล็ กตรอน ิ Fe2+ Fe3+ + e- ี ิ ์ ต ัวรดวซ/ต ัวใหอเล็กตรอน คอ Fe2+ ้ ิ ื -Reduction/ร ับอิเล็ กตรอน (+7)MnO42- + 8H++2e- → Mn2+ + 4H2O Cu2+ + 2e- Cu ต ัวออกซไดซ ์ (Oxidizing agent) คอ ิ ื MnO42- , Cu2+ /ต ัวร ับอเล็กตรอน ิ
- 32. NADP+ - nicotinamideadenine dinucleotide Phosphate ATP – adenosine triphosphate คือ สารอินทรี ย์ที่มี พลังงานสูงพร้ อมที่จะแตกตัวปล่อยให้ พลังงานออกมาใช้ ที่ใดที่ หน่ง ึ พลังงานจาก ATP สามารถทําให้ เกิดปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์ได้ energy ATP ADP (adenosine di phosphate) + Pi (phosphate)
- 33. แดเนียล อาร์นอน (DanielArnon) หนงสือหน้า 73 ั
- 34. แดเนียล อาร์นอน (DanielArnon) หนงสือหน้า 73 ั
- 35. 8) นายแดเนียล อาร์นอน ปฏิกริยาที่ต้องใช้ แสง ิ วัตถุดบที่ใช้ ADP , Pi , NADP+, H2O และ คลอโรพลาสต์ ิ ผลที่ได้ ATP , NADPH และ O2
- 36. ข้อสรุป แสงสว่าง คลอโรพลาสต์ + H2O + ADP + Pi + NADP+ ATP + NADPH + O2 คําถามหน้ า 74
- 37. ปฏิกริยาที่ไม่ ใช้ แสง ิ วัตถุดบที่ใช้ ATP , NADPH, CO2 , H2O และคลอโรพลาสต์ ิ ผลที่ได้ นํ ้าตาล ADP, Pi และ NADP+ ข้อสรุป ATP , NADPH + CO2 + H2O + คลอโรพลาสต์ นํ ้าตาล + ADP + Pi + NADP+ จะเห็นได้ วา การสร้างนํ ้าตาลของคลอโรพลาสต์นน ไม่ ่ ั้ จําเป็ นต้ องใช้ แสง แต่ต้องมี ATP , NADPH, CO2
- 38. จากการทดลองของอาร์นอน สรุปไดดงน้ ี ้ ั ขนตอนการใช้แสง ั้ แสง ADP + Pi + NADP+ + H2O ATP+ NADPH + O2 คลอโรฟิลล์ ขันตอนของการใช้ คาร์ บอนไดออกไซด์ ้ ATP + NADPH + CO2 + H2O นํ ้าตาล + ADP + Pi คลอโรฟิลล์ + NADP+
- 39. สรุป แสงมีบทบาทสําคัญในการแยกนํ ้า กระตุ้นให้อิเล็กตรอนหลุดออก จากโมเลกุลของคลอโรฟิ ลล์ และสําคัญต่อการสร้ าง ATP และ NADPH ในการสร้ างนํ ้าตาลไม่จําเป็ นต้ องใช้ แสง
- 40. What is Photosynthesis? Photosynthesisis the most important process on Earth. It sustains almost all life on earth.
- 42. จุดประสงค์การเรี ยนรู ้ 1.อธิบายเกี่ยวกับโครงสร้างของคลอโรพลาสต์ 2.สรุปการดูดกลืนแสงของสารสีตางๆ่ 3.สรุปขันตอนต่างๆ ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ้
- 43. 12.2 กระบวนการสังเคราะห์ดวยแสง ้ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช ประกอบด้ วย 2 ขันตอน ้ คือ 1. ปฏิกิริยาแสง(light reaction) 2. การตรึงคาร์ บอนไดออกไซด์(carbondioxide fixation) หรื อการตรึงคาร์ บอน(carbon fixation) โดยมีคลอโรพลาสต์เป็ นออร์ แกเนลล์ที่สําคัญในกระบวนการ สังเคราะห์ด้วยแสงของพืช
- 44. กระบวนการสั งเคราะห์ ด้วยแสง (Photosynthesis) Photosynthesis is the conversion of light energy into chemical energy by living การสังเคราะห์ ด้วยแสงเป็ นกระบวนการที่พชและ ื สิ่งมีชีวตที่มีสีเขียวเปลี่ยนพลังงานแสงมาเป็ นพลังงานเคมี ิ เกบไว้ ในสารประกอบอินทรีย์ โดยมีคลอโรฟีลล์ทาหน้าท่ ดด ็ ํ ี ู พลังงานแสงแล้ วเปลี่ยนวัตถุดบ คอ นํา(H2O) และก๊ าซ ิ ื ้ คาร์บอนไดออกไซด์(CO2) ไปเป็นนําตาลกลูโคส(C6H12O6) ้ นํา(H2O) และก๊าซออกซเจน(O2) ้ ิ
- 45. คลอโรพลาสต์(Chloroplast) คลอโรพลาสต์เป็ นแหล่งที่เกิดการสังเคราะห์ด้วยแสงในพืช ส่วนที่ มีสีเขียวของพืชทังหมดรวมทังลําต้นสีเขียว และผลที่มีสีเขียวที่ยง ้ ้ ั ไม่แก่จะมีคลอโรพลาสต์ แต่ใบของพืชจะเป็ นแหล่งที่มีการ สังเคราะห์ด้วยแสงมากที่สดในพืช สีเขียวของใบได้ จากสีของ ุ คลอโรฟิ ลล์แล้ วทําให้ เกิดการสร้ างโมเลกุลอาหารในคลอโรพลาสต์
- 47. โครงสร้างของคลอโรพลาสต์ จากการที่ศกษาด้ วยการใช้ กล้ องจลทรรศน์อเิ ล็กตอนและ ึ ุ เทคนิคต่างๆ ทําให้ เราทราบรายละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้ างและ หน้ าที่ของคลอโรพลาสต์มากขึ ้น คลอโรพลาสต์สวนใหญ่ของพืช ่ จะมีรูปร่างกลมรี มีความยาวประมาณ 5 ไมโครเมตร กว้ าง 2 ไมโครเมตร หนา 1-2 ไมโครเมตร
- 48.
- 49. คลอโรพลาสต์ (Chloroplast) เป็นพลาสติด ที่มีสีเขียว พบเฉพาะในเซลล์พืช และสาหร่าย เกือบทุกชนิด มีเยื่อหุ้ม สองชัน ภายในจะมีเม็ดสี หรื อรงควตถบรรจอยู่ ถ้ามีเมดสี ้ ั ุ ุ ็ คลอโรฟิลล์ (Chlorophyll) เรี ยกว่า คลอโรพลาสต์ ถ้ามี เม็ดสีชนิดอืนๆ เช่น แคโรทีนอยด์ เรี ยกว่า โครโมพลาส ่ (Chlomoplast) ถ้าพลาสติคนันไม่มีเม็ดสี เรี ยกว่า ลิว ้ โคพลาสต์ (Leucoplast)
- 50. คลอโรพลาสต์ ประกอบด้ วยเยื่อหุ้ม2 ชัน ภายในมี ้ ของเหลวใส ไม่มีสี เรี ยกว่า สโตรมา(stroma) มีเอนไซม์ที่จําเป็ น สําหรับกระบวนการตรึงคาร์ บอนไดออกไซด์(ปฏิกิริยาไม่ใช้ แสง)ใน การสังเคราะห์ด้วยแสง นอกจากนี ้ด้ านในของคลอโรพลาสต์ ยงมีเยื่อไทลาคอยด์ ั (thylakoid) ส่วนที่พบทับซ้ อนไปมาเรี ยกว่า กรานุม ั (granum) และส่วนที่ไม่ทบซ้ อนกันอยูเ่ รี ยกว่า สโตรมาลา ั เมลลา(stroma lamella)
- 51. รงควัตถุทงหมดและคลอโรฟิ ลล์จะอยูบนเยื่อไทลา ั้ ่ คอยด์ ซงเป็นบริเวณที่มีการดดรับพลงงานแสงมาใช้ใน ึ่ ู ั กระบวนการสงเคราะห์ด้วยแสง ภายในไทลาคอยด์มี ั ลักษณะคล้ ายถุงมีช่อง เรี ยกว่า ลเู มน (lumen) หรือ ไทลา คอยด์สเปสช์ (Thylakoid space) ซงมีของเหลวอยู่ ึ่ ภายใน ที่ประกอบด้ วยเอนไซม์ตางๆ ่
- 52. ส่วนของลาเมลลาและไทลาคอยด์ ประกอบด้ วยเยื่อหุ้ม2 ชันซึงมีคลอโรฟิ ลล์และรงควัตถุอื่น ๆ เช่น แคโรทีนอยด์ ้ ่ (Carotenoid) ฝั งอยูบนแผ่นไทลาคอยด์ และมีลเู มน ่ (Lumen) อยูเ่ ป็ นจํานวนมาก เยื่อหุ้มลาเมลลาหรือเย่ือห้ ม ุ ไทลาคอยด์ เป็ นที่อยูของระบบแสงที่ใช้ ในการดูดพลังงานแสง ่ นอกจากนี ้ภายในคลอโรพลาสต์ยงมี DNA RNA และ ั ไรโบโซม จึงทําให้ คลอโรพลาสต์ สามารถสังเคราะห์โปรตีน และ จําลองตัวเองได้ เช่นเดียวกับไมโทคอนเดรีย
- 54. 1 เยื่อหุ้มชันนอก (Outermembrane) 2 ้ ช่องวางระหวางเยื่อชนนอกและชนใน ่ ่ ั้ ั้ (Intermembrane space) 3 เยื่อหุ้มชันใน (Inner membrane) ้ 4 สโตรมา (Stroma) 5 ไทลาคอยด์ลเู มน (Thylakoid lumen) : อยูภายในไทลา ่ คอยด์ 6 เยื่อหุ้มไทลาคอยด์ (thylakoid membrane) 7 กรานม (Granum หรือ ุ Stack of thylakoids) 8 ไทลาคอยด์ลา เมลลา (Thylakoid lamella) 10 ไรโบโซม (Ribosome) 11 DNA (Plastidial DNA)
- 55.
- 57. รงควัตถุที่พืชใช้ในการสังเคราะห์แสง สารที่ดดแสง(visible light) ได้เรี ยกว่า “รงควัตถุ (pigments)”หรื อ ู สารสี รงควัตถุที่แตกต่างกันจะดูดแสงที่มีความยาวคลื่นแสง (wavelength) ต่างกัน และความยาวคลื่นแสงที่ถกดูดนันหายไป ู ้ สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดที่สงเคราะห์ด้วยแสงได้ มีรงควัตถุอยูหลาย ั ่ ประเภท ซึงเราพบว่า พืชและสาหร่ายสีเขียวมีคลอโรฟิ ลล์ 2 ่ ชนิดคือ คลอโรฟิลล์ เอ และคลอโรฟิลล์ บี นอกจากคลอโรฟิ ลล์แล้ วยังมีแคโรทีนอยด์ และพบว่าสาหร่ายบาง ชนิดมี ไฟโคบิลิน
- 58. แสงที่ตาคนเราสามารถรับสัมผัสได้ หรื อมองเห็นได้(Visual light หรือ Visible light) มีช่วงความยาวคลื่นประมาณ 390-760 นาโนเมตร
- 59. นักชีววิทยาได้ ทําการทดลองโดยสกัดคลอโรฟิ ลล์ออกมาจากใบ ของพืชชนิดหนึง นําสารละลายคลอโรฟิ ลล์ใส่ในหลอดทดลอง ่ แล้ วฉายแสงสีตาง ๆ ผ่านเข้ าไปในสารละลายที่มีคลอโรฟิ ลล์ ่ หนงสือหน้า 78 – 79 ั 450 680 nm
- 60. ภาพที่ 2-7 กราฟเปรียบเทียบการดูดกลืนแสงของคลอโรฟิ ลล์ เอ คลอโรฟิ ลล์ บี และแคโรทีนอยด์ (ที่มา : Koning, Ross E.,
- 61. แสงสีใดที่คลอโรฟิ ลล์ดดได้ ดีก็จะมีอตราการสังเคราะห์ด้วยแสงสูง ู ั ซึงก็คือ แสงสีมวง แสงสีนํ ้าเงิน แสงสีแดง และแสงสีส้ม ตามลําดับ ่ ่ ส่วนแสงสีใดที่คลอโรฟิ ลล์ดดไว้ ได้ น้อย ก็จะมีอตราการสังเคราะห์ ู ั ด้ วยแสงตํ่าตามไปด้ วย ซึงก็คือ แสงสีเขียว ่ ดังนันช่วงแสงที่พืชใช้ ในการสังเคราะห์แสง คือ 400-700 nm ้ (แสงที่คลอโรฟิ ลล์ดดซับไว้ 400-700 nm) ู
- 62. Pigment Absorption Spectrophotometer
- 63. รงควัตถุที่พบในสิ่งมีชีวตที่สงเคราะห์ด้วยแสงได้ มีหลายชนิด เช่น ิ ั คลอโรฟิลล์ (Chlorophyll) แคโรทีนอยด์ (Carotenoid) ไฟโคบิลิน (Phycobilin) และแบคเทอริโอคลอโรฟิลล์ (Bacteriochlorophyll) พืชและสาหร่ายเป็ นสิ่งมีชีวิต ประเภทยูคาริ โอต (Eukaryote) จะพบรงควัตถุตาง ๆ อยูใน่ ่ คลอโรพลาสต์ ส่วนสิ่งมีชีวิตประเภทโพรคาริ โอ(Prokaryote) จะพบรงควัตถุตาง ๆ อยูในเยื่อหุ้มเซลล์ หรื อองค์ประกอบอืน ๆ ที่ ่ ่ ่ เปลียนแปลงมาจากเยื่อหุ้มเซลล์ ่ (Photosynthetic membrane)
- 64.
- 65. จากตาราง พืช และสาหร่ายสีเขียวมีคลอโรฟิ ลล์ 2 ชนิด คอ ื คลอโรฟิ ลล์ เอ และคลอโรฟิ ลล์ บี และยังมีแคโรทีนอยด์ ซึงพบ่ ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด และพบว่าในสาหร่ายสีแดง และไซยาโน แบคทีเรี ย มีไฟโคบิลินด้ วย แสดงว่า การที่ใบไม้ มีสีตาง ๆ กัน ่ น่าจะเกี่ยวข้ องกับปริ มาณรงควัตถุ และชนิดของรงควัตถุ
- 67. กลไกการเปลี่ยนสีของใบไม้ คลอโรฟิลล์ เป็ นสารประกอบที่ไม่เสถียร สลายตัวได้ ด้วย แสงอาทิตย์ พืชสามารถสร้ างคลอโรฟิ ลล์ขึ ้นมาใหม่ได้ แต่ต้องอาศัย แสงแดดและอากาศที่อบอุน ดังนันในฤดูร้อน คลอโรฟิ ลล์จะสลายตัว ่ ้ ด้ วยแสงแดดสมํ่าเสมอและจะถูกสร้ างขึ ้นมาทดแทนอย่างสมํ่าเสมอ เชนกน เพ่ือรักษาระดบปริมาณคลอโรฟิลล์ไว้ให้เหมาะสมตอ ่ ั ั ่ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เราจึงเห็นใบไม้ มีสีเขียวอยูเ่ สมอ
- 68. แต่คลอโรฟิ ลล์ไม่ได้ เป็นรงควัตถุชนิดเดียวที่อยูในใบไม้ ยังมีรงควัตถุ ่ ชนิดอื่นๆ อีกที่ช่วยเก็บเกี่ยวพลังงานแสง (accessory absorber) เช่น แคโรทีน (Carotene) ที่มีสีเหลืองและสีส้ม และแอนโทรไซยานิน (Anthocyanin) ที่มีสีแดงและสีมวง ในฤดูร้อนจะถูกสีเขียวของ ่ คลอโรฟิ ลล์บดบังไว้ หมด แต่เนื่องจากแคโรทีนและแอนโทรไซยานินมี ความเสถียรมากกว่าคลอโรฟิ ลล์ จึงสลายตัวได้ น้อยกว่าคลอโรฟิ ลล์ มาก เมื่อเข้ าสูฤดูหนาวและพืชไม่สามารถสร้ างคลอโรฟิ ลล์ขึ ้นมา ่ ทดแทน ทําให้ คลอโรฟิ ลล์สลายตัวไป สีเขียวก็จะจางลง เผยให้ เห็นสี เหลือง สีส้ม สีแดงและสีมวงของแคโรทีนและแอนโทรไซยานินที่ซอน ่ ่ เอาไว้ เราจึงเห็นใบไม้ หลากหลายสีสนในฤดูใบไม้ ร่วง จนกระทัง ั ่ รงควัตถุทงสองสลายตัวไปหมด คงเหลือไว้ แต่เพียงเส้ นใยเซลลูโลส ั้ และหลุดร่วงลงสูพื ้นดิน ่
- 69. แอนโทไซยานิน(anthocyanin) เป็ นรงควตถุ (pigment)ที่ให้ สีแดง ม่วง และนํ ้าเงิน มีสมบัตเิ ป็ นสาร ั ต้านอนุมลอิสระ (antioxidant) ู อาหารที่เป็ นแหล่งสําคัญของแอนโทไซยานิน ได้แก่ องน ทับทิม และผลไม้ ุ่ ในกลุมเบอรรี่ เช่น สตรอเบอร่ ี (strawberry), ผลหม่อน ่ (mulberry) ,บลูเบอร่ ี (blueberry) , แครนเบอร่ ี (cranberry),เชอรี่ (cherry) , ราสเบอร่ ี (raspberry) เป็ นต้ น ผก ได้แก่ กะหลํ่าปลี ที่มีสีมวง (red cabbage) red radish ั ่ เมล็ดธัญพืช เช่น ข้าวกํ่า หรือข้าวสีนิล ข้ าวโพดม่วง พืชหัว ได้แก่ มนเทศ ั ดอกไม้ เช่น กระเจี๊ยบแดง ดอกอัญชัน เป็นต้น
- 71. คลอโรฟิลล์ (Chlorophyll) คลอโรฟิลล์ เป็นรงควัตถุสีเขียวพบในพืช สาหร่าย และไซยาโน แบคทีเรี ย เป็ นรงควัตถุสําคัญที่ทําให้ พืชสามารถนําพลังงานจาก แสงมาใช้ ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงได้ ดูดกลืนคลื่นแสง สีน ํ ้าเงิน และแสงสีแดงได้ ดี คลอโรฟิ ลล์สามารถละลายได้ ในตัวทํา ละลายอินทรี ย์ตาง ๆ เช่น Ethyl alcohol, Ethyl eter, ่ Acetone และ Chloroform แต่ไม่ละลายนํ ้า คลอโรฟิ ลล์ที่ พบในพืชและสาหร่าย มี 4 ชนิด คือ คลอโรฟิ ลล์ เอ บี ซี และดี
- 72. • Chlorophyll a •C55H72O5N4Mg • สีเขียวแกมนํ ้าเงิน • พบในสิ่งมีชีวิตที่ PS ได้ • ยกเว้ น PS-bacteria ดูดคลื่นแสงได้ ดีที่ช่วงคลื่น 450, 680 นาโนเมตร กล่าวคือดูดแสงสี มวงนํ ้าเงินได้ ดีที่สด รองลงมาคือแสงสีแดง (แบคทีเรี ยดูดพลังงาน ่ ุ แสงในช่วงคลื่นแถบรังสี infrared ได้ ดีที่สด) และดูดคลื่นแสงสี ุ เขียวได้ น้อยที่สดุ
- 73. • Chlorophyll b •C55H70O6N4Mg • สีเขียวแกมเหลือง • พบในพืช สาหร่ายสีเขียวและ prokaryote บางชนิด • ดูดคลื่นแสงได้ ดีที่ช่วงคลื่น 460, 647 นาโนเมตร กล่าวคือ ดดแสงสีน ํ ้าเงินได้ ดีที่สด รองลงมาคือแสงสีส้ม และดูดคลื่นแสงสี ู ุ เขียวได้ น้อยที่สด จะพบคลอโรฟิ ลล์ บี รวมอยูกบคลอโรฟิ ลล์ เอ ุ ่ ั
- 74. แคโรทีนอยด์ (Carotenoid) • แคโรทีนอยด์เป็ นสารประกอบจําพวกไขมัน มีอยูในสิ่งมีชีวิตทุก ่ ชนิดที่สงเคราะห์ด้วยแสงได้ เช่น ในพืช สาหร่าย และแบคทีเรี ย ั ที่สงเคราะห์ด้วยแสงได้ (Green sulfur bacteria และ ั Purple sulfur bacteria) พบอยูในคลอโรพลาสต์่ และโครโมพลาสต์ (Chromoplast) ตามส่วนต่าง ๆ ของพืช เช่น ดอกไม้ ผลไม้ สก หรื อใบไม้ ที่แก่จวนจะร่วง ุ ประกอบด้ วยรงควัตถุ 2 ชนิด คือ
- 75. แคโรทีน (Carotene) เป็นรงควัตถุสีแดงส้ ม ไม่ละลายนํ ้า และแอลกอฮอล์ แต่สามารถละลายในไขมัน เอธิลอีเทอร์ และ คลอโรฟอร์ ม แคโรทีนของพืชสามารถถูกสังเคราะห์ตอไปเป็ น ่ วิตามิน เอ ในร่างกายของสัตว์ได้ พบได้ ในพืช และสาหร่ายทุก ชนิด สารอาหารที่เรารู้จกกันเป็ นอย่างดี ได้ แก่ เบต้ า-แคโรทีน ั (β-Carotene) แอลฟา-แคโรทีน (α-Carotene) และไลโคปี น (Lycopene)
- 76. แซนโทฟิ ลล์ (Xanthophyll)เป็ นรงควัตถุสีเหลืองเข้ ม หรื อสีเหลืองแกมนํ ้าตาล ไม่ละลายนํ ้าแต่สามารถละลายได้ ใน เอธิลแอลกอฮอล์ และ เอธิลอีเทอร์ พบในพืชโดยทัวไป และ ่ สาหร่ายทุกชนิด สารอาหารที่เป็ นประโยชน์ ต่อร่างกายได้ แก่ ซีแซนทีน (Zeaxanthin) และลูทีน (Lutien) • แคโรทีนอยด์ไม่ได้ มีบทบาทในการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยตรง แต่เป็ นตัวรับพลังงาน จากแสงแล้ วส่งต่อให้ กบคลอโรฟิ ลล์ เพื่อใช้ ั ในการสังเคราะห์ด้วยแสงอีกต่อหนึง ่
- 77. หากพืชชนิดใด มีเฉพาะแคโรทีนอยด์อยูเ่ พียงอย่างเดียวโดยไม่ มีคลอโรฟิลล์ พืชนันจะสังเคราะห์ด้วยแสงไม่ได้ เพราะหน้ าที่ของ ้ แคโรทีนอยด์มีเพียงรับพลังงานจากแสง แล้ วส่งต่อให้ คลอโรฟิ ลล์ เท่านัน การสังเคราะห์ด้วยแสงไม่สามารถเกิดที่โมเลกุลของแคโรที ้ นอยด์ เพราะเกิดพลังงานไม่เพียงพอ แคโรทีนอยด์ยงมีอยในรูป ั ู่ พลาสติด(Plastids) รูปอน ๆ เชน โครโมพลาสต์ ท่ีอยใน สวน ่ื ่ ู่ ่ ต่าง ๆ ของพืชที่มีสี เช่น ดอกไม้ สีเหลือง หัวแครอท ผลมะเขือเทศ สุก เป็ นต้ น นอกจาก ในพืชแล้ ว ยังอาจมีอยูในเซลล์ของสัตว์ได้ ่ เช่น ในเซลล์ที่มีสีชมพูของมันกุ้ง
- 78. ไฟโคบิลน (Phycobilin) ิ เป็ นรงควตถท่ีมีคณสมบตแตกตางจากคลอโรฟิลล์และรงควตถุ ั ุ ุ ัิ ่ ั ชนิดอื่น คือ ละลายนํ ้าได้ มีอยเู่ ฉพาะในสาหร่ายสแดง ี และไซยาโนแบคทีเรี ย ประกอบด้ วยรงควตถุ 2 ชนิดคือ ั ไฟโคอีริทริน (Phycoerythrin) เป็ นรงควัตถุสีแดง มีอยู่ ในสาหร่ายสีแดง จะรับแสงสีเขียว ที่มีความยาวคลื่น ประมาณ 495, 565 นาโนเมตร ไว้ ได้ มากที่สด ุ ไฟโคไซยานิน (Phycocyanin) เป็ นรงควัตถุสีน ํ ้าเงิน มี อยูในสาหร่ายสีเขียวแกมนํ ้าเงิน จะรับแสงสีเขียว และสีแดง ่ ที่มีความยาวคลื่น 550, 615 นาโนเมตร ได้ มากที่สด ุ
- 79. • แบคเทอริโอคลอโรฟิลล์ (Bacteriochlorophyll) •แบคเทอริโอคลอโรฟิลล์ เป็นรงควัตถุสีเขียวคล้ าย คลอโรฟิลล์ เอ แต่เน่ ืองจากมีรงควัตถุ พวกแคโรทีนอยด์ หุ้มอยู่ข้างนอกอีกทีหนึ่ง จึงเห็นเป็ นสีแดงหรื อสีม่วง หรื อ สีเหลือง พบในแบคทีเรียชนิด Purple sulfur bacteria และ Purple non-sulfur bacteria • สําหรับแบคทีเรี ยชนิดกรี นแบคทีเรีย (Green bacteria) มี รงควัตถุที่เรี ยกว่า แบคทีริโอ- ไวริ ดิน (Bacterioviridin) ซึงเป็ นรงควัตถุที่มีโครงสร้ างเหมือนกับแบคทีริโอคลอโรฟิลล์ แต่ ่ ไม่มีแคโรทีนอยด์ห้ ม จึงเห็นเป็ นสีเขียว ุ
- 80. Cyanobacteria – แบคทีเรียสีเขียวแกมนํ ้าเงิน สไปรูไลนา, นอสตอก, แอนาบีนา ฯลฯ
- 81. Photosynthetic Pigments embeddedin thylakoid membranes chlorophyll a and accessory pigments (รงควตถประกอบ) ั ุ carotenoids phycobilins
- 82. การที่สิ่งมีชีวิตที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้ มีรงควัตถุ หลายชนิดจะมีประโยชน์ในการรับช่วงคลื่นแสงสีตาง ๆที่แตกต่าง ่ กันได้ มากขึ ้น ทําให้ ประสิทธิภาพในการสังเคราะห์ด้วยแสงดียิ่งขึ ้น
- 83. ขันตอนการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็ นพลังงานเคมี ้ เมื่อโมเลกุลของสารสีได้ รับพลังงานเพิ่มขึ ้นจากการดูด พลังงานจากแสง จะเปลียนจากสถานะปกติ(ground state) ่ ไปอยูในระดับที่มีพลังงานสูงขึ ้น เรี ยกว่า อิเล็กตรอนอยูในสถานะ ่ ่ ถูกกระตุ้น(excited state) โดยอิเล็กตรอนมีสภาพไม่คงตัว จึง สามารถถ่ายทอดพลังงานจากโมเลกุลของสารสีหนึงไปยังสารสี ่ โมเลกุลอื่นๆ ต่อไปจนถึง chlorophyll a โมเลกุลพิเศษที่เป็ น ศูนย์กลางของปฏิกิริยา(reaction center)
- 84.
- 85. ซึงเมื่อได้ รับพลังงานที่เหมาะสมจะทําให้ อิเล็กตรอนหลุดออก ่ จากโมเลกุล และมีตวรับอิเล็กตรอนมารับแล้ วมีการถ่ายทอด ั พลังงานไปยังตัวรับอิเล็กตรอนอื่นๆ อีกหลายตัว อิเล็กตรอนนี ้เมื่อ มีการถ่ายทอดพลังงานไปแล้ วก็กลับมาสูสถานะปกติ ่ แอนเทนนา(antenna) ประกอบด้ วยสารสีตางๆ ่ ประมาณ 350 โมเลกุล ซึงจะรับพลังงานแสงแล้ วส่งต่อไป ่ ตามลําดับจนถึง chlorophyll a ที่เป็ นศูนย์กลางของ ปฏิกิริยา
- 86. กลุมสารสีที่ทําหน้ าที่รับและส่งพลังงานแสง เรียกว่า แอนเทนนา ่ (antenna)
- 87. การทํางานของ antena complex,reaction center และ ตัวรับ e- ตัวแรก เรี ยก photosystem
- 89. แอนเทนนาและศูนย์กลางปฏิกิริยาจะฝั งตัวอยูในกลุมของโปรตีนที่ ่ ่ เยื่อไทลาอยด์ ซึงจะมีตวรับอิเล็กตรอนรวมอยูด้วย เรี ยกกลุมของ ่ ั ่ ่ โปรตีน สารสี ตัวรับอิเล็กตรอน เรี ยกว่า ระบบแสง (photosystem- PS)
- 90. ในพืชชันสูง มีระบบแสง 2ชนิด คือ ้ -ระบบแสง I (photosystem I- PSI/P700) มีคลอโรฟิ ลล์ เอ เป็ นศูนย์กลางปฏิกิริยา (reaction center) รับพลังงาน แสงที่มีความยาวคลื่นไม่ตํ่ากว่า 700 นาโนเมตร -ระบบแสง II (photosystem II – PSII/P680 ) มี คลอโรฟิ ลล์ เอ เป็ นศูนย์กลางปฏิกิริยา (reaction center) รับพลังงานแสงที่มีความยาวคลื่นไม่ตํ่ากว่า 680 นาโนเมตร