การสังเคราะห์ด้วยแสง photosynthesis

Autotrophs สงมชวตทสรางอาหารเองได

PhotoAutotrophs สงมชวตทสรางอาหารเองไดโดยใชแสง

! รงควตถ(Pigment) สารทดดกลนแสง เราเหนสอะไรแสดงวาสารนนไมดดกลนสนนจงสะทอน

เขาตาเรา บางชนดใชนาแสงทดดกลนมาสงเคราะหดวยแสง

สงมชวต ChlorophyllChlorophyllChlorophyllChlorophyll Carotenoid Phycobillin Bacteriochlorophyll

a b c d

พช + + +

สาหรายเขยว + + +

สาหรายสนำตาล + + +

สาหรายสแดง + + + +

สาหรายสเขยวแกมนำเงน + + +

แบคทเรยบางชนด + +

Chlorophyll สเขยว ดดกลน นาเงน แดง ม Mg,N เปนองคประกอบ

Carotenoid สมชว. ทกชนดทสงเคราะหแสงไดตองม เปนสารตอตานอนมลอสระ และ ปองกน

อนตรายจากแสง ดดกลนแสงดวย ม 2 ชนดคอ Carotene สแดง แะล Xanthophyll สเหลอง

Phycobillin แบงเปน Phycocyanin สนาเงน และ Phycoerythrin สแดง

Bacteriochlorophyll พบในแบคทเรยสงเคราะหแสงได มหลายส

การสงเคราะหดวยแสง

Photosynthesis

Prok

aryo

teEu

kar

yote

การดดกลนแสงทความยาวคลนตางกน ทาให สมชว. แตละชนดสงเคราะหแสงไดดทชวง

ความยาวคลนตางกน

Absorption Spectrum ของ Chlorophyll แตละชนด

ACTION Spectrum ชวงคลนทพชสงเคราะหแสงไดมากทสดคอสมวง และ แดง

โครงสรางในการสงเคราะหแสง

ในเซลลพชและ Eukaryote รงควตถจะอยใน

organelle ทมเยอหมสองชนเรยกวา chloroplast

Thylakoid

lumenThylakoid

lumen

Thylakoid

lumen

Thylakoid

lumen

Granum

Stroma lamella

Stromaของเหลวภายในประกอบดวย

Enzyme,70s ribosome RNA,DNA

เยอหมสองชนคอ Inter,Outer membrane

Chloroplast

การสงเคราะหแสง6CO2+12H2O -> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

H2O

o2

ATP NADPH

Calvin cycle

ADP+ Pi

NADP+

CO2

Sugar

Light Reaction CO2 Fixation(Dark Reaction)

เกดทเยอหม Thylakoidนาแสงมาสราง NADPH และ ATPเกดการถายทอด e-

! เปนวฎจกร ได ATP! ไมเปนวฎจกร ได ATP และ NADPH

เกดท Stroma นา NADPH และ ATP มาเปลยน CO2 ใหกลายเปนนาตาลในกระบวนการ Calvin cycle ซงมสามขนตอนคอ! Carboxylation! Reduction! Regeneration

Light Reaction

บนเยอ Thylakoid ประกอบดวย

๏ระบบแสง PSII ,PSI ซงประกอบดวยรงควตถอยบนโปรตน กลมรงควตถเรยกวา antenna

โดยตรงกลางของ Reaction center คอ Chlorophyll a โดย Chlorophyll a ท PSI จะรบพลงงานได

ดท 700nm. เรยก P700 และ Chlorophyll a ท PSII รบพลงงานไดดท 680nm. เรยก P680

๏Cytochrome(Cyt b6 และ Cyt f)

๏ATP Synthase,

๏Plastoquinone(PQ),PLASTOCYNIN(PC) และFerridoxin(FD)

! การครงหนง ณ เยอหม Thylakoid เมอมแสงสองลงมาพลงงานแสงจะถกรงควตถดดกลนและ

สงไปให Reaction center(Chlorophyll A)เมอถงคาหนงจะเกดการกระตน e-ใหเปลยนจาก ground

stateไปเปน Excited state เรยกวา Photo-oxidation

การถายทอด e- แบบเปนวฎจกร เกดอะไรขนเตมเอาเอง :P

PqPS II

Cyt PS I

Pc

Fd

ATP SYNTHASE

NADPH REDUCTASE

การเดนทางของ e-

เรมท PSII -> Pq -> Cyt -> Pc -> Pq ->PSI

ระหวงถายทอดพลงงานจะนาไปปม H+ จาก stromaเขามาใน Lumen(ชองวางใน Thylakoid) เมอม

H+ มากจงเกดการแพรออก(Proton gradient หรอ Proton motive force) ผาน ATP synthaseเรมท

เกดการสราง ATP แบบ Photophosphorylation (ADP+Pi->ATP)

*นาใน Lumen จะแตกตวดงสมการ H2O -> 1/2 O2 + 2H+ + 2e- เพอนา e- ไปแทนท e- ทหลดมาจาก

PSII โดยม Mn และ Cl เขาชวย เรยกวา Photolysis

PSI -> Fd -> NADPH Reductase ได NADPH ตามสมการ NADP+ + H+ +2e- -> NADPH

การถายทอด e- แบบเปนวฎจกร

เนองจากใน Calvin cycle ตองการ ATP มากกวา NADPH จงเกดอะไรขนเตมเอาเอง

PqPS II

Cyt PS I

Pc

Fd

ATP SYNTHASE

NADPH REDUCTASE

การเดนทางของ e-

PSI -> Fd -> Cyt -> Pc กลบมาท-> PSI

ระหวางนนจะเกดการดง H+ จาก stromaเขามาใน Lumen เชนเคย และเมอ H+ มากจงเกดการแพร

ออกผาน ATP synthaseเรมท เกดการสราง ATP แบบ Photophosphorylation (ADP+Pi->ATP)

สรป

Content Non-cyclic Cyclic

ระบบแสงทเกยวของ PSII , PSI PSI

ทมาของ e- ทมาแทนท

เมอเกดPhoto-oxidation

H2O PSII

Photolysis เกด ได O2 ไมเกด

สารพลงงานสงทได ATP และ NADPH ATP

ตวรบ e- ตวสดทาย NADP+ ไมม

Carbon fixation / Dark Reaction

การนา ATP และ NADPH มา reduce(ให e-)กบ CO2 ใหกลายเปนนาตาล

3RuBP(C5)

6 (3 -PGA)(C3)

6 (1,3 -PGA)(C3)

3CO2

6 (PGAL)(C3)

Rubisco6 ATP

6 ADP

6 NADPH

6 NADP+

6 Pi(PGAL)(C3)

Starch, Sucrose, Glucose

5 (PGAL)(C3)

3 ATP

3 ADP

Carboxylation

นา RuBP(Ribulose bisphosphate) มาทาปฏกรยากบ CO2 โดยใช Rubisco เปน enzyme เรง

ปฏกรยา ได 3 -PGA(Phosphoglycerate)

Reductase

นา 3 -PGA(Phosphoglycerate) มาทาปฏกรยากบ ATP ได 1,3 -PGA (Phosphoglycerate)

และนามา reduce ดวย NADPH ได G3P(Glyceraldehyde-3-phosphate) หรอ

PGAL(Phosphoglyceroldehyde)

*PGAL 1 โมเลกลจะออกจาก Calvin cycle ไปรวมกบ PGAL ตวอนกลายเปนคารโบไฮเดรตขนาก

ใหญเชน แปง เกบไวใน Vacuole

 Regeneration

PGAL ทเหลอจะทาปฏกรยากบ ATP ไดเปน RuBP

ขอสงเกต➡ Calvin cycle 1 รอบสมบรณได 1 PGAL(C3) ออกมา ใช 9 ATP และ 6 NADPH

** ดงนนถาตองการนาตาล 1 โมเลกล (C6) ตองหมนวฏจกรสองรอบใชสารเปนสองเทา➡ จากสมการ 6CO2+12H2O -> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

! O ในนาตาล(C6H12O6)มาจาก CO2 ตอน Calvin cycle

! O ในออกซเจน (O2) แตกตวมาจากนา

Photorespiration•การหายใจแสง หมายถง การใชแกสออกซเจนและคายแกสคารบอนไดออกไซด •ใช RuBP เปนสารตงตน

•ไมมการสราง ATP

•เปนปฏกรยายบยงการสงเคราะหแสง โดยทม O2 เปน inhibitor ทาใหไมสามารถเกด calvin cycle

ไดเมออณหภมสง•มประโยชนเมอพชม ATP สงและตองการใชใหหมด•Organelle ทเกยวของ Chloroplast, Peroxisome และ Mitochondria

Photorespiration Pathway เตมเอง :P

Chloroplast

Peroxisome

Mitochondria

ปญหาของพช C3 คอ

1.ในกรณอากาศรอน แกสจะละลายในอากาศไดนอยลง จงตรง CO2 ไดนอย

2.ตองปดปากใบลดการคายนาถาอณหภมสงมากๆเชนในทะเลทราย

3.เกด Photorespiration เมออณหภมอากาศสง

วธแกปญหา

1.ตรง CO2 2ครง => พช C4 , CAM

2.ปดปากใบกลางวนเปดกลางคนทอณหภมเยนลง => CAM

3.ใช PEP Carboxylase แทน Rubisco เพราะจะจบ CO2 อยางเดยว และจบไดมประสทธภาพ จงไม

เกด Photorespiration และทางานไดดแมอากาศจะรอน => พช C4 , CAM

พช C4

❖ พช C4 มกเปนพชทมถนกาเนดในเขตศนยสตร เชน ขาวโพด ออย และบานไมรโรย❖ ม bundle sheath cells ทมคลอโรพลาสตลอมรอบกลมทอลาเลยง

❖ พชพวกนจะมการตรงคารบอนไดออกไซด 2 ครง โดยครงแรกตรงท mesophyll cell โดยมตวมารบ

CO2 คอ phosphoenol pyruvate (PEP) ไดเปนสารประกอบคารบอน 4 อะตอม (อนเปนทมาของชอ

วา พช C4) คอ กรดออกซาโลเอซตก (oxaloacetic acid) (OAA) แลวถกเปลยนเปน malic acid กอน

จะเคลอนทเขาส bundle sheath cell เมอถง bundle sheath cell สาร C4 จะถกเปลยนเปนสาร C3 +

CO2 ในคลอโรพลาสตท bundle sheath cell ซง CO2 กจะเขาส Calvin Cycle ตอไป สวนสาร C3 ก

จะถกนากลบมายง mesophyll cell เพอเปลยนเปน PEP สาหรบการตรง CO2 ครงตอไป ดวยระบบ

เชนน จงทาใหความเขมขนของ CO2 บรเวณ bundle sheath cell มความเขมขนสงขนกวาบรเวณ

mesophyll ของพช C3

พช CAM(Crassulacean Acid Metabolism) =>กลวยไม สบปะรด วานหางจระเข และ ศร

นารายณ

✴เปนพชในทแหงแลงจงมลกษณะอวบนา✴ปดปากใบตอนกลางวน จงตองตรง CO2 กลางคนได OAA เกบในรป Malic acid ใน Vacuole

พอกลางวนจงเปลยนกบ CO2 เขาCalvin cycle

Pathway ของพช C4(Hatch-slack pathway) และ CAM เตมเอาเอง :P

Mesophyll cell

Bundle-sheath cell

Night

Day

สรป

ลกษณะ C3 plant C4 plant CAM plant

Bundle-sheath cell มหรอไมม ม มหรอไมม

Chloroplast ใน Bundle-sheath cell

ไมม ม ไมม

ชวงเวลาสงเคราะหดวยแสง

กลางวน กลางวน กลางวน

จานวนการตรง CO2 1 2 2

enzyme ทใชตรง CO2

Rubisco PEP Carboxylase PEP Carboxylase

สารตงตน RuBP PEP PEP

ผลตภณฑทเกด PGA(3C) OAA(4C) OAA(4C)

ชวงการตรง กลางวน กลางวน กลางคน

Calvin cycle cell Mesophyll Bundle-sheath Mesophyll

Photorespiration สง ตา ตา