การสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสง

          การสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) เป็นกระบวนการทางชีวเคมีที่สำคัญอย่างหนึ่ง ซึ่งทำให้พืช,สาหร่าย และแบคทีเรียบางชนิดได้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์ได้ สิ่งมีชีวิตแทบทั้งหมดล้วนอาศัยพลังงานที่ได้จากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อการเจริญเติบโตทั้งทางตรงและทางอ้อม นอกจากนี้ยังมีการผลิตออกซิเจน ซึ่งมีเป็นองค์ประกอบในสัดส่วนที่มากของบรรยากาศโลกด้วย สิ่งมีชีวิตที่สร้างพลังงานจากกระบวนการสังเคราะห์แสงได้ เรียกว่า "phototrophs" 

ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง

ความเข้มของแสง

ถ้ามีความเข้มของแสงมาก อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ อุณหภูมิกับความเข้มของแสง มีผลต่ออัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงร่วมกัน คือ ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นเพียงอย่างเดียว แต่ความเข้มของแสงน้อยจะไม่ทำให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงเพิ่มขึ้น อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนถึงขีดหนึ่งแล้วอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดต่ำลงตามอุณหภูมิและความเข้มของแสงที่เพิ่มขึ้นและยังขึ้นอยู่กับชนิดของพืชอีกด้วยเช่น พืชซีสามและ พืชซีสี่

ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์

ถ้าความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) เพิ่มขึ้นจากระดับปกติที่มีในอากาศ อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มสูงขึ้นตามไปด้วย จนถึงระดับหนึ่งถึงแม้ว่าความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์จะสูงขึ้น แต่อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงไม่ได้สูงขึ้นตามไปด้วย และถ้าหากว่าพืชได้รับคาร์บอนไดออกไซด์ ที่มีความเข้มข้นสูงกว่าระดับน้ำแล้วเป็นเวลานานๆ จะมีผลทำให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงลดต่ำลงได้

คาร์บอนไดออกไซด์จะมีผลต่ออัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงมากน้อยแค่ไหนขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นด้วย เช่น ความเข้มข้นสูงขึ้น แต่ความเข้มของแสงน้อย และอุณหภูมิของอากาศก็ต่ำ กรณีเช่นนี้ อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดต่ำลงตามไปด้วย ในทางตรงกันข้าม ถ้าคาร์บอนไดออกไซด์มีความเข้มข้นสูงขึ้น ความเข้มของแสงและอุณหภูมิของอากาศก็เพิ่มขึ้น กรณีเช่นนี้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย

อุณหภูมิ

อุณหภูมิ เป็นปัจจัยอย่างหนึ่งที่มีอิทธิพลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช โดยทั่วไปอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น 10-35 °C ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นกว่านี้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงวีดีจะลดต่ำลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงที่อุณหภูมิสูงๆ ยังขึ้นอยู่กับเวลาอีกปัจจัยหนึ่งด้วย กล่าวคือ ถ้าอุณหภูมิสูงคงที่ เช่น ที่ 40 °C อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดลงตามระยะเวลาที่เพิ่มขึ้น ทั้งนี้เพราะเอนไซม์ทำงานได้ดีในช่วงอุณหภูมิที่พอเหมาะ ถ้าสูงเกิน 40 °C เอนไซม์จะเสื่อมสภาพทำให้การทำงานของเอนไซม์ชะงักลง ดังนั้นอุณหภูมิจึงมีความสัมพันธ์ต่อการสังเคราะห์แสงด้วย เรียกปฏิกิริยาเคมีที่มีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิว่า ปฏิกิริยาเทอร์มอเคมิคอล (Thermochemical reaction)

ออกซิเจน

ตามปกติในอากาศจะมีปริมาณของออกซิเจน (O₂) ประมาณ 25% ซึ่งมักคงที่อยู่แล้ว จึงไม่ค่อยมีผลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่ถ้าปริมาณออกซิเจนลดลงจะมีผลทำให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงสูงขึ้น

[แก้]น้ำ

น้ำ ถือเป็นวัตถุดิบที่จำเป็นต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (แต่ต้องการประมาณ 1% เท่านั้น จึงไม่สำคัญมากนักเพราะพืชมีน้ำอยู่ภายในเซลล์อย่างเพียงพอ) อิทธิพลของน้ำมีผลต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงทางอ้อม คือ ช่วยกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ให้ดีขึ้น

[แก้]อายุของใบ

ใบจะต้องไม่แก่หรืออ่อนจนเกินไป ทั้งนี้เพราะในใบอ่อนคลอโรฟิลล์ยังเจริญไม่เต็มที่ ส่วนใบที่แก่มากๆ คลอโรฟิลล์จะสลายตัวไปเป็นจำนวนมา

คลอโรพลาสต์ [ Chloroplast ]  เป็นออร์แกเนลล์ชนิดหนึ่งในเซลล์พืช ภายในคลอโรพลาสต์มีคลอโรฟิลล์เป็นองค์ประกอบ ซึ่งสามารถดูดกลืนพลังงานจาก ดวงอาทิตย์ มาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง คลอโรพลาสต์ในพืชชั้นสูงจะมีลักษณะเป็นรูปไข่หรือกลมรีขนาดยาวประมาณ 5 ไมครอน กว้าง 2 ไมครอน หนา 1-2 ไมครอน มีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น ภายในประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วนคือ Stroma และ Lamella

- สโตรมา (Stroma) เป็นของเหลวใส มีเอนไซม์หลายชนิดที่นำไปใช้ในปฏิกิริยาที่ไม่ต้องใช้แสง -ลาเมลลา เป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มชั้นในที่ยื่นเข้าไปในคลอโรพลาสต์ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง  กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช แบ่งเป็น 2 ขั้นตอนใหญ่ คือ ปฏิกิริยาแสงและปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์  โครงสร้างของคลอโรพลาสต์           จากการที่ศึกษาด้วยการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตอนและเทคนิคต่างๆ  ทำให้เราทราบรายละเอียดเกี่ยวกับ โครงสร้างและหน้าที่ของคลอโรพลาสต์มากขึ้น  คลอโรพลาสต์ส่วนใหญ่ของพืชจะมีรูปร่างกลมรี   มีความยาวประมาณ 5 ไมโครเมตร  กว้าง 2ไมโครเมตร หนา1-2 ไมโครเมตร  ในเซลล์ของแต่ละใบจะมีคลอโรพลาสต์มากน้อย แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์และชนิดของพืช กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง  กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช แบ่งเป็น 2 ขั้นตอนใหญ่ คือ ปฏิกิริยาแสงและปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์  โครงสร้างของคลอโรพลาสต์           จากการที่ศึกษาด้วยการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตอนและเทคนิคต่างๆ  ทำให้เราทราบรายละเอียดเกี่ยวกับ โครงสร้างและหน้าที่ของคลอโรพลาสต์มากขึ้น  คลอโรพลาสต์ส่วนใหญ่ของพืชจะมีรูปร่างกลมรี   มีความยาวประมาณ 5 ไมโครเมตร  กว้าง 2ไมโครเมตร หนา1-2 ไมโครเมตร  ในเซลล์ของแต่ละใบจะมีคลอโรพลาสต์มากน้อยแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์และชนิดของพืช          คลอโรพลาสต์ ประกอบด้วยเยื่อหุ้ม 2 ชั้น ภายในมีของเหลวเรียกว่า สโตรมา  มีเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับกระบวนการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ในการสังเคราะห์ด้วยแสงนอกจากนี้ด้านในของคลอโรพลาสต์ ยังมีเยื่อไทลาคอยด์   ส่วนที่พับทับซ้อนไปมาเรียกว่า กรานุม  และส่วนที่ไม่ทับซ้อนกันอยู่เรียกว่าสโตรมาลาเมลลา สารสีทั้งหมดและคลอโรฟิลล์จะอยู่บนเยื่อไทลาคอยด์มีช่องเรียก ลูเมน ซึ่งมีของเหลวอยู่ภายในนอกจากนี้ภายในคลอโรพลาสต์ยังมี DNA RNA และไรโบโซมอยู่ด้วย  ทำให้คลอโรพลาสต์สามารถจำลองตัวเองขึ้นมาใหม่และผลิตเอนไซม์ไว้ใช้ในคลอโรพลาสต์ในคลอโรพลาสต์เองได้คล้ายกับไมโทคอนเดรีย สารสีในปฏิกิริยาแสง                         เราสามารถพบได้ว่าสาหร่ายสไปโรไจราสังเคราะห์ด้วยแสงได้ดีที่แสงสีน้ำเงินและแสงสีแดง             สารสีที่พบในสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงมีได้หลายชนิด   พืชและสาหร่ายซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตประเภทยูคาริโอตสารสีต่างๆจะอยู่ในคลอโรพลาสต์  แต่ไซยาโนแบคทีเรียและกรีนแบคทีเรียจะพบสารสีต่างๆ  และศูนย์กลางปฏิกิริยาแสงแทรกอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ หรือองค์ประกอบอื่นที่เปลี่ยนแปลงมาจากเยื่อหุ้มเซลล์  โดยมีส่วนของเยื่อหุ้มเซลล์ที่ยื่นเข้าไปในไซไทพลาซึมทำหน้าที่แทนเยื่อชั้นในของคลอโรพลาสต์              สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดที่สังเคราะห์แสงได้  มีสารสีอยู่หลายประเภท ซึ่งเราได้พบว่า  พืชและสาหร่ายสีเขียวมีคลอโรฟิลล์ 2 ชนิด คือ  คลอโรฟิลล์ เอ และคลอโรฟิลล์ บี  นอกจากคลอโรฟิลล์แล้วยังมีแคโรทีนอยด์ และพบว่าสาหร่ายบางชนิดมี ไฟโคบิลิน             แคโรทีนอยด์เป็นสารประกอบประเภทไขมัน  ซึ่งประกอบไปด้วยสาร 2 ชนิด คือ  แคโรทีน   เป็นสารสีแดงหรือสีส้ม และแซนโทฟิลล์  เป็นสารสีเหลืองหรือสีน้ำตาล  แคโรทีนอยด์มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด  ที่สังเคราะห์ด้วยแสงได้ในพืชชั้นสูงพบว่าสารสีเหล่าสนี้อยู่ในคลอโรพลาสต์             ไฟโคบิลิน  มีในสาหร่ายสีแดงและไซยาโนแบคทีเรีย  ซึ่งไฟโคบิลินประกอบด้วยไฟโคอีรีทรินซึ่งดูดแสงสีเหลืองและเขียว  และไฟโคไซยานินที่ดูดแสงสีเหลืองและสีส้มสารเหล่านี้ทำหน้าที่รับพลังงานแสงแล้วส่งต่อให้คลอโรฟิลลล์ เอ ที่เป็นศูนย์กลางปฏิกิริยาของระบบแสง อีกต่อหนึ่ง   กลุ่มสารสีที่ทำหน้าที่รับพลังงานแล้วส่งต่ออีกทีให้คลอโรฟิลล์ เอ  ซึ่งเป็นศูนย์กลางของปฏิกิริยาเรียกว่า แอนเทนนา  ปฏิกิริยาแสง            พืชดูดกลืนแสงไว้ในคลอโรพลาสต์ ในขั้นตอนที่เรียกว่า  ปฏิกิริยาแสงให้เป็นพลังงานเคมีที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ในรูป ATP และ NADPH  บนเยื่อไทลาคอยด์จะมีระบบแสง I ระบบแสง II และโปรตีนทำหน้าที่รับและถ่ายทอดอิเล็กตรอนอยู่ ซึ่งจำลองการจัดเรียงตัวพลังงานแสงที่สารต่างๆ ดูดกลืนไว้จะทำให้อิเล็กตรอนของสารสีมีระดับพลังงานสูงขึ้น  และสามารถ่ายทอด ไปได้หลายรูปแบบ  สารสีในแอนเทนนาจะมีการท่ายทอดพลังงานที่ดูดกลืนไว้ จากสารสีโมเลกุลหนึ่งไปยังสารสีอีกโมเลกุลหนึ่ง จนกระทั่งโมเลกุลของคลอดรฟิลล์ เอ  ที่เป็นศูนย์กลางของระบบปฏิกิริยาแสง พลังงานดังกล่าวจะกระตุ้นให้อิเล็กตรอนของคลอโรฟิลล์ เอ มีพลังงานสูงขึ้น  และถ่ายทอดอิเล็กตรอนไปยังตัวรับอิเล็กตรอนเป็นการเปลี่ยนปลังงานสงให้มาอยู่ในรูปของพลังงานเคมี  นอกจากนี้พลังที่ถูกดูดกลืนไว้อาจเปลี่ยนมาอยู่ในรูปของพลังงานความร้อน  การถ่ายทอดอิเล็กตรอนเกิดได้ 2 ลักษณะ  คือการถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักรและการถ่ายทออิเล็กตรอนแบบเป็นวัฏจักร ถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักร            พลังงานแสงที่สสารสีรับไว้ถูกส่งผ่านไปยังปฏิกิริยาของระบบแสง และทำให้โมเลกุลของคลอโรฟิลล์ เอ ที่ระบบแสง I และระบบแสง II   ถูกระตุ้นจึงปล่อยอิเล็กตรอนให้กับโมเลกุลของสารที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนต่อไปอิเล็กตรอนที่หลุดออกไปจากคลอโรฟิลล์ เอ ในระบบแสง I จะไม่ย้อนกลับสู้ระบบแสงI อีกครั้ง เพราะมี NAD มารับอิเล็กตรอนกลายเป็น NADPH สำหรับคลอดรฟิลล์ เอ ในระบบแสง II สุญเสียอิเล็กตรอนไปมีผลให้สามารถดึงอิเล็กตรอนของน้ำออกมาแทนที่ ซึ่งทำให้โมเลกุลของนำแยกสลายเป็นออกซิเจนและโปรตอน            อิเล็กตรอนที่ถูกถ่ายทอดในลำดับต่างๆ ที่กล่าวมาข้างต้นทำให้เกิดการสะสมโปรตอนในลูเมนจนเกิดความแตกต่างของระดับโปรตอนระหว่างสโตรมากับลูเมน  โปรตอนในลูเมนจะถูกส่งผ่านไปยังสโตรมาโดยการทำงานของATP ขึ้นในสโตรมา  และมีการปล่อยโปรตอนจากลูเมนสู่สโตรมา  การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบเป็นวัฏจักร           เป็นการถ่ายทอดอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้น เมื่อระบบแสง I ได้รับพลังงานแสง สารสีในระบบแสง I จะรับพลังงานแสงถ่ายทอดพลังงานไปยังคลอโรฟิลล์ เอ ที่เป็นศูนย์กลางของปฏิกิริยา ทำให้อิเล็กตรอนของคลโรฟิลล์ เอมีพลังงานสูงขึ้นจึงหลุดออกมาซึ่งจะมีตัวรับอิเล็กตรอนแล้วถ่ายทอดออกมายังระบบไซโทโครมคอมเพล็กซ์  จากนั้นจะส่งผ่านตัวนำอิเล็กตรอนต่างๆ อิเล็กตรอนก็จะกลับมายังคลอโรฟิลล์ ที่เป็นศูนย์กลางของปฏิกิริยา ของระบบแสง I อีกครั้งหนึ่ง ในการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนครั้งนี้จะทำให้โปรตอนเคลื่อนย้ายจากสโตรมาเข้าสู่ลูเมนเป็นผลทำให้เกิดความแตกต่างความเข้มข้นของโปรตอนระหว่างลูเมนกับสโตรมาและเมื่อสะสมมากขึ้น เป็นแรงผลักดันให้เกิดการสังเคราะห์ ATP โดยไม่มี NADPH และออกซิเจน เกิดขึ้น credit:http://www.lks.ac.th/student/kroo_aumara/bio01/9.html           :http://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B8%81%E0%B8%B2% E0%B8%A3%E0% B8%AA%E0%B8%B1%E0%B 8%87%E0%B9%80%E0%B8%84%E0%B8%A3% E0%B8%B2%E0 %B8%B0%E0%B8%AB%E0%B9%8C%E0%B8%94%E0%B9 %89%E0%B8%A7%E0%B8%A2%E0%B9%81%E0%B8%AA%E0%B8%87          :http://watchawan.blogspot.com/2010/05/blog-post_7275.html          : http://www.sc.chula.ac.th/courseware/2305103/add_topics/add3/2_photosynthesis.html