Download as PDF, PPTX
More Related Content
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง2
- 1.
- 2. กลไกในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ในการเปลี่ยนพลังงานแสงให้ อยูในรูปของพลังงานเคมีในโมเลกุล ่ ของสารอินทรี ย์ จะแบ่งออกเป็ น 2 ขันตอนคือ ้ • ปฏิกิริยาที่ต้องใช้ แสง (Light reaction) • ปฏิกิริยาการตรึงคาร์ บอนไดออกไซด์ (CO2 fixation reaction)
- 3. ปฏิกิริยาแสง (Light Reaction) LightReaction เกิดขึ ้นที่ เยื่อหุ้มไทลาคอยด์ โดยในแต่ละ หน่วยการสังเคราะห์ด้วยแสงมีสารสี ประมาณ 200-400 โมเลกุล โดยมี Chlorophyll a เป็ นศูนย์กลางปฏิกิริยา แบ่งเป็ น ศูนย์กลางปฏิกิริยาในระบบแสง I (PS I) รับพลังงานแสงได้ ดีที่ 700 nm และระบบแสง II (PS II) รับพลังงานแสงได้ ดีที่ 680 nm มีสารสีที่รับพลังงานแสง และส่งให้ ศนย์กลาง ู ปฏิกิริยา เรี ยกว่า Antenna
- 4. ปฏิกิริยาแสง สารสีรับพลังงานแสง อิเล็กตรอนเปลี่ยนจาก GroundState เป็ น Exited State และส่งพลังงานต่อให้ Chlorophyll a ที่เป็ นศูนย์กลางปฏิกิริยา จนอิเล็กตรอนที่ ศูนย์กลางปฏิกิริยา หลุด และเกิดการถ่ายทอดอิเล็กตรอนไปยังตัวรับอิเล็กตรอน ทําให้ เกิด การสร้ างพลังงานเคมี ซึงเป็ นการเปลียนพลังงานแสงเป็ นพลังงาน ่ ่ เคมี
- 5. พลังงานแสง ทําหน้ าที่ดังนี ้ 1) กระตุ้นให้ อิเล็กตรอนของคลอโรฟิ ลล์มีพลังงานสูงขึ ้น 2) แยกสารละลายนํ ้าในปฏิกิริยาที่เรี ยกว่า โฟโตไลซิส ( Photolysis ) ทําให้ เกิดโปรตอน ( H + ) อเลกตรอน ( e- ) ิ ็ และ O2 3) ใช้ สร้ างสารอินทรี ย์พลังงานสูง 2 ชนิด คอ ATP , NADPH ื
- 6. ระบบการถ่ายทอดอเิ ลกตรอนและการสังเคราะห์ ATP ็ ในปฏิกริยาแสง พลังงานทําให้ เกิดการถ่ ายทอด ิ อิเล็กตรอนจากระบบแสง II ไปยังระบบแสง I ในการนีทาให้ เกิดการสร้ าง ATP และ NADPH ้ ํ
- 7. ความสําคัญของปฏิกริยาแสงก่ อให้ เกิด ิ 1. การเปลี่ยนพลังงานแสงเป็ นพลังงานเคมี (ATP และ NADPH) 2. การปลดปล่อยออกซิเจนส่ ูส่ ิงแวดล้อม
- 8. การถ่ายทอดอิเล็กตรอนของคลอโรฟิ ลล์มี 2ลักษณะ คอ ื 1.การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็ นวัฏจกร ( non-cyclic ั electron transfer) ใช้ PS I และ PS II การถ่ายทอด อเลกตรอนวิธีนี ้ต้ องมีการสลายตัวของโมเลกุลนํ ้า เรี ยกว่า ิ ็ กระบวนการโฟโตไลซส ( photolysis ) ซ่ง ิ ึ ค้ นพบโดยโรบิน ฮิลล์ ( Robin Hill ) อาจเรี ยกว่า ปฏิกริยา ิ ฮิลล์ ( Hill reaction ) ปฏิกิริยานี ้นอกจากมีการแตกตัวของ โมเลกลนํ ้าแล้ วยังมีการสร้ าง ATP และ NADPH ุ
- 9. เมื่อโมเลกุลของคลอโรฟิ ลล์เอ ที่เป็นศูนย์กลางของ PS II สญเสยู ี อิเล็กตรอนไปให้ ตวรับอิเล็กตรอน โมเลกุลของคลอโรฟิ ลล์เอ จะไม่ ั เสถียร จึงต้ องดึงอิเล็กตรอนมาจากโมเลกุลของนํ ้า ทําให้ ได้ แก๊ ส ออกซิเจน และโปรตอน(H+) โปรตอนที่เกิดจากการสลายตัวของ นํ ้าเกิดภายในลูเมน ขณะที่มีการส่งอิเล็กตรอน จะมีการ เคลื่อนย้ ายโปรตอนจากสโตรมาเข้ าสูลเู มน ทําให้ เกิดความ ่ แตกต่างของโปรตอนระหว่างสโตรมากบลเู มน โปรตอนในลเู มนมี ั ความเข้ มข้ นมากกว่า จะถูกส่งไปยังสโตรมา ทําให้ มีการสังเคราะห์ ATP ขึ ้นในสโตรมา โดยมีเอนไซม์ ATP synthase ช่วย ส่งเสริ มการทํางาน
- 11.
- 12.
- 13. • กระบวนการที่มีการสังเคราะห์ ATPโดยใช้ แสงนี ้เรี ยกว่า โฟโตฟอสโฟไรเลชน (Photophosphorylation) ั สามารถเขียนเป็ นปฏิกิริยาทางเคมีของการถ่ายทอดอิเล็กตรอน แบบ ไมเ่ ป็ นวัฏจักร ได้ ดงนี ้ ั H2O + ADP + Pi + NADP+ ------------> ATP + NADPH + ½ O2
- 18. สรุ ป - ออกซิเจนที่เกิดจากโฟโตไลซิสส่วนหนึงจะนําไปใช้ในการหายใจ ่ อีกส่วนหนึงจะแพร่ออกทางปากใบสูสิ่งแวดล้ อม ่ ่ - การถ่ายทอดอิเล็กตรอน สารที่รับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ าย คือ NADP+ สารที่ให้ อิเล็กตรอนตัวสุดท้ าย คือ นํ ้า
- 19. ผลของสารกําจัดวัชชพืชต่อการถ่ายทอด อเลกตรอน ิ ็ พาราควอต ไดยรอน ู
- 20. 2.การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบเป็ นวัฏจกร (cyclic ั electron transfer) เป็ นการถ่ายทอดอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้ อง กับระบบแสงเพียงระบบเดียว คือ PSI อิเล็กตรอนที่หลุดออก จากรงควัตถุ PSI จะถูกส่งไปยังตัวรับอิเล็กตรอนต่างๆ จนถึง เฟอริดอกซิน(ferredoxin ) cytochrome b complex และพลาสโทไซยานิน ( plastocyanin ) ตามลําดับ เมื่อไมมี ่ NADP+ มารับอเลกตรอน เฟอริ ดอกซินจงสงอเลกตรอน ิ ็ ึ ่ ิ ็ ย้อนกลบมาท่ี PSI อีกครังหนึง ั ้ ่
- 21. ในการถ่ายทอดอิเล็กตรอนครังนี ้จะทําให้ โปรตอนเคลื่อนย้ายจาก ้ สโตรมาเข้ าสูลเู มนเป็ นผลให้ เกิดความแตกต่างของความเข้ มข้ น ่ ของโปรตอนระหว่างลูเมนกับสโตรมา ทําให้มีการสะสมโปรตอน ภายในลูเมนมากขึ ้นเป็ นแรงผลักดันให้ มีการเคลื่อนย้ ายโปรตอน ออกสูสโตรมา เกิดการสังเคราะห์ ATP โดยไม่มี NADPH และ ่ ออกซิเจนเกิดขึ ้น
- 22.
- 25. การถ่ ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่ การถ่ ายทอดอิเล็กตรอนแบบ เป็ นวัฏจกร ั เป็ นวัฏจกร ั อิเล็กตรอนหลุดออกจากระบบแสง 2 แล้ว อิเล็กตรอนหลุดออกจากระบบแสง ส่งต่อไปให้ ระบบแสง 1 โดยรับอิเล็กตรอน 1 แล้ วกลับคืนสูระบบแสง 1 ่ จากนํ ้ามาทดแทน ตามเดิม มีการสร้าง ATP 2 ครัง (H+ จากนํ ้า ้ มีการสร้าง ATP 1 ครัง (H+ จาก ้ และ H+ จากไซโทโครม) ไซโทโครม) มีการสร้าง NADPH ไมมีการสร้าง NADPH ่ มี O2 เกิดขึ ้น ไมมี O2 เกิดขึ ้น ่ เกี่ยวข้ องกับระบบแสง 1 และระบบแสง 2 เกี่ยวข้ องกับระบบแสง 1 เทานน ่ ั้ มีกระบวนการ Photolysis ไมมีกระบวนการ Photolysis ่
- 29. ปฏิกิริยาการตรึ งคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 fixation reaction) เป็ นปฏิกิริยาที่ไม่ต้องใช้ แสง เกดภายในสโตรมาของ ิ คลอโรพลาสต์ โดยเป็ นปฏิกิริยาเคมีล้วนๆ (Chemical reaction) ปฏิกิริยานี ้ไม่ต้องการแสงสว่าง แต่ต้องการ ATP และ NADPH จากปฏิกิริยาที่ต้องใช้ แสง โดยนํามาใช้ ในการตรึง คาร์ บอนไดออกไซด์ ดังนัน จึงเรี ยกปฏิกิริยานี ้ว่าปฏกริยาการตรึง ้ ิ ิ คาร์บอนไดออกไซด์ ( carbondioxide fixation ) หนงสือหน้า 88-89 การทดลอง ั
- 30. เมลวน คลวน (Melvin Calvin ) แอนดรู เอ.เบนสัน ิ ั ิ (Andrew A. Benson) และคณะแห่งมหาวิทยาลัย แคลิฟอร์ เนีย ท่ีเบริกเลย์ ได้ ทดลองและศึกษาเกี่ยวกับปฏิกิริยาที่ไม่ ต้ องใช้ แสง ผลการทดลองพบว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ ้นนันเกิด ้ ตอเน่ืองกนเป็ นวัฏจักร เรี ยกว่า วัฏจักรคัลวิน – ่ ั เบนสัน ปั จจุบนเรี ยกว่า วฏจักรคัลวน (Calvin cycle) ั ั ิ จากการศึกษาของคัลวนและเบนสัน ยังพบอีกว่าสารชนิดแรกที่อยู่ ิ ตัว ซึงเกิดขึ ้นในปฏิกิริยา คือ กรดฟอสโฟกลเี ซอริก ่ (phosphoglyceric acid หรือ PGA)
- 31. วัฏจักรคัลวิน เป็ นกระบวนการที่พืชนําพลังงานเคมีที่ได้จาก ปฏิกิริยาแสง ในรูปATP และ NADPH มาใช้ในการสร้าง สารอนทรีย์ เป็ นปฏิกิริยาที่เกิดขึ ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์ ิ ประกอบด้ วยปฏิกิริยา 3 ขันตอน คือ ้ - คาร์บอกซเลชัน (Carboxylation) ิ - รีดกชัน (Reduction) ั - รีเจนเนอเรชัน (Regeneration)
- 34. ปฏิกริยาขันตอนที่ 1 คาร์บอกซเลชัน(Carboxylation) ิ ้ ิ เป็ นปฏิกิริยาการรวมตัวระหว่างคาร์ บอนไดออกไซด์ กับ RuBP (สารประกอบที่มีคาร์ บอน 5 อะตอม - ไรบูโลส 1,5 บิสฟอสเฟต : Ribulose-1,5-bisphosphate) เกิดเป็ น PGA ขึ ้น 2 โมเลกุล ปฏิกิริยานี ้จะใช้ เอนไซม์รูบิสโก (Rubisco enzyme :ไรบูโลส 1,5 บิสฟอสเฟตคาร์ บอกซเิ ลสออกซจีเนส – ี Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase oxygenase)
- 35. เริ่ มต้ นด้วยสารตังต้ น คือ RuBP ซึงเป็ นนํ ้าตาลที่มีคาร์ บอน 5 ้ ่ อะตอม จะเข้ารวมตวกบ CO2 ได้ เป็ นสารประกอบใหม่ที่มี ั ั คาร์ บอน 6 อะตอม (Keto-acid) แต่สารนี ้จะไม่เสถียร จึง สลายไปเป็ น PGA 2 โมเลกล (ต่อการตรึง CO2 1 โมเลกล ุ ุ ซึงแต่ละโมเลกุลของ PGA จะมีคาร์ บอน 3 อะตอม PGA นี ้ ่ จึงถือว่าเป็ นสารประกอบอินทรี ย์ที่เสถียรชนิดแรกในการตรึง คาร์ บอนไดออกไซด์
- 36. 3 CO2 +3RuBP(5C)+ 3H2O 6PGA(3C)
- 37. ปฏิกริยาขันตอนที่ 2 รีดกชัน(Reduction) เป็ นปฏิกิริยาที่ ิ ้ ั โมเลกลของ PGA จะรับหมูฟอสเฟตจาก ATP กลายเป็ น 1, 3 ุ ่ บิสฟอสโฟกลเซอเรต (1, 3 -bisphosphoglycerate) ี จากนันจะถูกรี ดิวซ์ ไปเป็ นนํ ้าตาลที่มีคาร์ บอน 3 อะตอม ที่เรี ยกว่า ้ กลีเซอรัลดีไฮด์ 3 ฟอสเฟต (Glyceraldehyde 3- phosphate : G3P) หรือฟอสโฟกลีเซอรัลดีไฮด์ (Phosphoglyceraldehyde : PGAL) โดยรับ อิเล็กตรอนจาก NADPH ซึง PGAL เป็ นนํ ้าตาลที่มีคาร์ บอน 3 ่ อะตอม และถือวาเป็นนํ ้าตาล ชนิดแรกที่เกิดขึ ้นในวัฏจักรคัลวิน ่
- 38. 6PGA + 6NADPH+ 6ATP 6PGAL + 6NADP+ + 6ADP + 6Pi + 6H2O นําตาลตวแรกท่ เกดขึน ้ ั ี ิ ้
- 40. ปฏิกริยาขันตอนที่ 3 รีเจนเนอเรชัน(Regeneration) ิ ้ เป็ นขันตอนที่จะสร้ าง RuBP ขึ ้นมาใหม่ เพื่อกลับไปรับ CO2 ้ อีกครัง ในการสร้ าง RuBP ซึงมีคาร์ บอนอะตอม 5 อะตอม ต้อง ้ ่ สร้ างจาก PGAL ซึงมีคาร์ บอน 3 อะตอม ขนตอนนี ้ต้องใช้ ATP ่ ั้ ดังนัน ปฏิกิริยาที่สมดุล คือ ต้ องใช้ PGAL จํานวน 5 โมเลกล ้ ุ (5C3) เพื่อสร้ าง RuBP 3 โมเลกุล (3C5)
- 41. 5PGAL + 3ATP 3RUBP + 3ADP + 3Pi
- 42. PGAL ที่เหลือ 1โมเลกุล พืชนําไปใช้ เช่น เข้ ากระบวนการ cellular respiration สร้ างเป็ น Glucose สร้ างเป็ น carbohydrate ทีใหญ่ขึ ้น ่ ต้องทาอย่างไรให้ได้ Glucose 1 โมเลกุล ?? ํ
- 43. การสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรต (Carbohydrate synthesis) เป็นปฏิกริยาที่ไม่ ได้ อยู่ในวัฏจักรคัลวน โดย ิ ิ เกดจากวฏจักรคัลวนท่ สมบรณ์ 1 วัฏจกร(มีการตรึง CO2 ิ ั ิ ี ู ั 3 โมเลกุล) จะมี PGAL สะสมไว้ 1 โมเลกุล เม่ ือเกิดวัฏจักรคัลวนท่ สมดุล 2 วัฏจกร จะมี PGAL ิ ี ั สะสม 2 โมเลกุล ซ่ งพอท่ จะสังเคราะห์ นําตาลกลูโคส ึ ี ้ ได้ 1 โมเลกุล
- 44. ต้ องตรึง CO26 โมเลกล ุ 6 CO2 + 12NADPH + 18ATP 2PGAL + 12NADP+ + 18ATP+ 18 Pi + 6H2O
- 45. PGAL ถกใช้ในหลายกิจกรรม คอ ู ื 1. สร้างเป็น RuBP ซึงเป็ นสารตัวกลางในวัฏจักรคัลวิน ่ 2. ใช้ เป็ นสารตัวกลางในกระบวนการหายใจโดยเข้ าในช่วง ไกลไคไลซิส ซึงจะเข้ าวัฏจักรเครบส์ และระบบถ่ายทอดอิเล็กตรอน ่ ต่อไป 4. สร้ างเป็ นสารที่มีโมเลกุลใหญ่ขึ ้น เช่น กลูโคส แปง เซลลูโลส ้ เพกทินหรื อไขมันต่อไป
- 46. จากปฏิกิริยาขันที่ 1 จนถึงปฏิกิริยาขันที่3 เมื่อรวมสมการจะได้ ้ ้ สมการรวม ดงนี ้ ั 6CO2 + 18ATP + 12NADPH + H+ C6H12O6 + 18Pi + 12NADP+ + 6H2O สําหรับปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงที่สมบูรณ์ คือ 6CO2 + 12H2O (มีแสง+ มีคลอโรฟิลล์ ) C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
- 47.