ชีวิตบนโลกเป็นไปได้ด้วยแสง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นพลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานนี้จะถูกแปลงเป็นพลังงานของพันธะเคมีของสารอินทรีย์ที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

พืชทุกชนิดและโปรคาริโอตบางชนิด (แบคทีเรียสังเคราะห์แสงและสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน) มีส่วนร่วมในการสังเคราะห์ด้วยแสง สิ่งมีชีวิตดังกล่าวเรียกว่า โฟโต้โทรฟ . พลังงานสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงมาจากแสงซึ่งถูกจับโดยโมเลกุลพิเศษที่เรียกว่าเม็ดสีสังเคราะห์ด้วยแสง เนื่องจากแสงดูดซับได้เพียงความยาวคลื่นหนึ่ง คลื่นแสงบางส่วนจึงไม่ถูกดูดกลืนแต่สะท้อนกลับ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบสเปกตรัมของแสงสะท้อน เม็ดสีจะได้สี - เขียว, เหลือง, แดง ฯลฯ

เม็ดสีสังเคราะห์แสงมีสามประเภท - คลอโรฟิลล์ แคโรทีนอยด์ และไฟโคบิลิน . เม็ดสีที่สำคัญที่สุดคือคลอโรฟิลล์ ฐานเป็นแกนพอร์ฟีรินแบนที่เกิดจากวงแหวนไพร์โรลสี่วงที่เชื่อมต่อกันด้วยสะพานเมทิล โดยมีอะตอมแมกนีเซียมอยู่ตรงกลาง คลอโรฟิลล์ชนิดเอมีหลายประเภท พืชชั้นสูง สาหร่ายสีเขียวและยูกลีนามีคลอโรฟิลล์-B ซึ่งเกิดจากคลอโรฟิลล์-เอ สาหร่ายสีน้ำตาลและไดอะตอมมีคลอโรฟิลล์-C แทนคลอโรฟิลล์-B และสาหร่ายสีแดงมีคลอโรฟิลล์-D เม็ดสีอีกกลุ่มหนึ่งเกิดจากแคโรทีนอยด์ ซึ่งมีสีตั้งแต่สีเหลืองไปจนถึงสีแดง พบได้ในพลาสติดที่มีสีทั้งหมด (คลอโรพลาสต์, โครโมพลาสต์) ของพืช ยิ่งไปกว่านั้น ในส่วนสีเขียวของพืช คลอโรฟิลล์จะปกปิดแคโรทีนอยด์ ทำให้มองไม่เห็นพวกมันจนกว่าจะเริ่มมีอากาศหนาว ในฤดูใบไม้ร่วง เม็ดสีเขียวจะถูกทำลายและแคโรทีนอยด์จะมองเห็นได้ชัดเจน แคโรทีนอยด์ถูกสังเคราะห์โดยแบคทีเรียและเชื้อราโฟโตโทรฟิค ไฟโคบิลินมีอยู่ในสาหร่ายสีแดงและไซยาโนแบคทีเรีย

ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง

คลอโรฟิลล์และเม็ดสีอื่นๆ ในคลอโรพลาสต์มีรูปแบบเฉพาะ คอมเพล็กซ์การเก็บเกี่ยวแสง . ด้วยการใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า พวกมันจะถ่ายโอนพลังงานที่รวบรวมไปยังโมเลกุลคลอโรฟิลล์พิเศษ โมเลกุลเหล่านี้ภายใต้อิทธิพลของพลังงานกระตุ้น ให้อิเล็กตรอนแก่โมเลกุลของสารอื่น - เวกเตอร์ แล้วดึงอิเล็กตรอนออกจากโปรตีน แล้วก็จากน้ำ เรียกว่าการแยกน้ำระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง โฟโตไลซิส . สิ่งนี้เกิดขึ้นในโพรงไทลาคอยด์ โปรตอนผ่านช่องพิเศษเข้าไปในสโตรมา สิ่งนี้จะปล่อยพลังงานที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ ATP:

2H 2 O = 4e + 4H + + O 2

ADP + P = เอทีพี

การมีส่วนร่วมของพลังงานแสงเป็นข้อกำหนดเบื้องต้น ดังนั้นระยะนี้จึงเรียกว่าระยะแสง ออกซิเจนที่ผลิตเป็นผลพลอยได้จะถูกกำจัดออกไปภายนอกและเซลล์นำไปใช้ในการหายใจ

ระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ปฏิกิริยาต่อไปนี้เกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์ โมโนแซ็กคาไรด์เกิดจากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ กระบวนการนี้ขัดแย้งกับกฎของอุณหพลศาสตร์ แต่เนื่องจากโมเลกุล ATP มีส่วนเกี่ยวข้อง การสังเคราะห์กลูโคสจึงเป็นกระบวนการที่แท้จริงเนื่องจากพลังงานนี้ ต่อมาโพลีแซ็กคาไรด์ถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุลของมัน - เซลลูโลส แป้ง และโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนอื่น ๆ สมการโดยรวมสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถแสดงได้ดังนี้:

6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2

โดยเฉพาะอย่างยิ่งแป้งจำนวนมากสะสมอยู่ในคลอโรพลาสต์ในระหว่างวันระหว่างกระบวนการสังเคราะห์แสงที่รุนแรง ในเวลากลางคืน แป้งจะถูกย่อยให้อยู่ในรูปแบบที่ละลายน้ำได้และพืชนำไปใช้

คุณต้องการที่จะเข้าใจรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับหัวข้อนี้หรือหัวข้ออื่นทางชีววิทยาหรือไม่ลงทะเบียนเพื่อรับบทเรียนออนไลน์กับผู้เขียนบทความนี้ Vladimir Smirnov

บทความนี้ตัดตอนมาจากงาน "Genesis" ของ Vladimir Smirnov การคัดลอกและการใช้เนื้อหาใด ๆ จะต้องมีการแสดงที่มา

เราขอแนะนำให้ดูบทเรียนวิดีโอเกี่ยวกับการสังเคราะห์ด้วยแสงจาก Irina นักพฤกษศาสตร์ของเรา:

เว็บไซต์ เมื่อคัดลอกเนื้อหาทั้งหมดหรือบางส่วน จำเป็นต้องมีลิงก์ไปยังแหล่งที่มา

การสังเคราะห์ด้วยแสงที่ไม่ใช่คลอโรฟิลล์

การแปลเชิงพื้นที่

การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชเกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์: ออร์แกเนลล์เมมเบรนสองชั้นที่แยกได้ของเซลล์ คลอโรพลาสต์สามารถพบได้ในเซลล์ของผลไม้และลำต้น แต่อวัยวะหลักของการสังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งปรับให้เข้ากับลักษณะทางกายวิภาคคือใบไม้ ในใบเนื้อเยื่อพาเรงไคมาของรั้วเหล็กมีคลอโรพลาสต์มากที่สุด ในพืชอวบน้ำบางชนิดที่มีใบเสื่อม (เช่น กระบองเพชร) กิจกรรมการสังเคราะห์แสงหลักจะสัมพันธ์กับก้าน

แสงสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงจะถูกจับได้เต็มที่มากขึ้นเนื่องจากรูปร่างของใบไม้แบน ซึ่งมีอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรสูง น้ำถูกส่งจากรากผ่านเครือข่ายหลอดเลือดที่พัฒนาแล้ว (หลอดเลือดดำใบ) คาร์บอนไดออกไซด์เข้ามาบางส่วนโดยการแพร่กระจายผ่านหนังกำพร้าและหนังกำพร้า แต่ส่วนใหญ่จะแพร่กระจายเข้าสู่ใบผ่านปากใบและผ่านใบผ่านช่องว่างระหว่างเซลล์ พืชที่ทำการสังเคราะห์ด้วยแสง CAM ได้พัฒนากลไกพิเศษสำหรับการดูดซึมคาร์บอนไดออกไซด์อย่างแข็งขัน

พื้นที่ภายในของคลอโรพลาสต์เต็มไปด้วยสารไม่มีสี (สโตรมา) และถูกเยื่อหุ้ม (ลาเมลลา) ทะลุผ่าน ซึ่งเมื่อเชื่อมต่อถึงกันจะเกิดเป็นไทลาคอยด์ ซึ่งจะถูกจัดกลุ่มเป็นกอง ๆ ที่เรียกว่ากรานา พื้นที่ภายในไทลาคอยด์ถูกแยกออกจากกันและไม่สื่อสารกับสโตรมาส่วนที่เหลือ สันนิษฐานว่า พื้นที่ภายในของไทลาคอยด์ทั้งหมดสื่อสารกัน ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นถูกจำกัดอยู่ที่เยื่อหุ้มเซลล์ การตรึง CO 2 แบบออโตโทรฟิคเกิดขึ้นในสโตรมา

คลอโรพลาสต์มี DNA, RNA, ไรโบโซม (ชนิด 70) ของตัวเอง และเกิดการสังเคราะห์โปรตีน (แม้ว่ากระบวนการนี้จะถูกควบคุมจากนิวเคลียสก็ตาม) พวกมันจะไม่สังเคราะห์ขึ้นอีก แต่เกิดจากการหารอันก่อนหน้า ทั้งหมดนี้ทำให้สามารถพิจารณาว่าพวกมันเป็นผู้สืบทอดของไซยาโนแบคทีเรียอิสระที่กลายมาเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์ยูคาริโอตในระหว่างกระบวนการสร้างซิมไบโอเจเนซิส

ระบบภาพถ่าย I

คอมเพล็กซ์การเก็บเกี่ยวแสง I มีโมเลกุลคลอโรฟิลล์ประมาณ 200 โมเลกุล

ในศูนย์กลางปฏิกิริยาของระบบภาพถ่ายระบบแรกจะมีคลอโรฟิลล์ a ในปริมาณเล็กน้อยซึ่งมีการดูดซึมสูงสุดที่ 700 นาโนเมตร (P700) หลังจากการกระตุ้นด้วยควอนตัมแสงมันจะคืนตัวรับหลัก - คลอโรฟิลล์เอซึ่งจะคืนตัวรับรอง (วิตามิน K 1 หรือฟิลโลควิโนน) หลังจากนั้นอิเล็กตรอนจะถูกถ่ายโอนไปยังเฟอร์ดอกซินซึ่งจะลด NADP โดยใช้เอนไซม์ ferredoxin-NADP reductase

โปรตีนพลาสโทไซยานินที่ถูกรีดิวซ์ในคอมเพล็กซ์ b 6 f จะถูกส่งไปยังศูนย์กลางปฏิกิริยาของระบบภาพถ่ายชุดแรกจากพื้นที่อินทราไทลาคอยด์ และถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยัง P700 ที่ถูกออกซิไดซ์

การขนส่งอิเล็กตรอนแบบ Cyclic และ Pseudocyclic

นอกเหนือจากเส้นทางอิเล็กตรอนที่ไม่ใช่วงจรโดยสมบูรณ์ที่อธิบายไว้ข้างต้นแล้ว ยังมีการค้นพบเส้นทางแบบไซคลิกและไซคลิกหลอกอีกด้วย

สาระสำคัญของวิถีวงจรคือ เฟอร์ดอกซิน แทนที่จะลด NADP จะลดพลาสโตควิโนน ซึ่งจะส่งกลับไปยังคอมเพล็กซ์ b 6 f ซึ่งส่งผลให้มีการไล่ระดับโปรตอนใหญ่ขึ้นและมี ATP มากขึ้น แต่ไม่มี NADPH

ในวิถีทางเทียมไซคลิก เฟอร์ดอกซินจะลดออกซิเจน ซึ่งจะถูกแปลงเป็นน้ำเพิ่มเติม และสามารถใช้ในระบบภาพถ่าย II ในกรณีนี้ NADPH จะไม่เกิดขึ้นเช่นกัน

เวทีมืด

ในระยะมืดด้วยการมีส่วนร่วมของ ATP และ NADPH CO 2 จะลดลงเป็นกลูโคส (C 6 H 12 O 6) แม้ว่ากระบวนการนี้ไม่จำเป็นต้องใช้แสง แต่ก็มีส่วนเกี่ยวข้องในการควบคุมด้วย

การสังเคราะห์ด้วยแสง C 3 วัฏจักรคาลวิน

ขั้นตอนที่สามเกี่ยวข้องกับโมเลกุล PHA 5 โมเลกุล ซึ่งผ่านการก่อตัวของสารประกอบ 4-, 5-, 6- และ 7-คาร์บอน รวมกันเป็น 3 5-คาร์บอนไรบูโลส-1,5-ไบฟอสเฟต ซึ่งต้องใช้ 3ATP

ในที่สุด จำเป็นต้องมี PHA สองตัวสำหรับการสังเคราะห์กลูโคส ในการสร้างโมเลกุลใดโมเลกุลหนึ่งนั้น จำเป็นต้องมีการปฏิวัติ 6 รอบ, 6 CO 2, 12 NADPH และ 18 ATP

การสังเคราะห์ด้วยแสง C4

บทความหลัก: วงจร Hatch-Slack-Karpilov, การสังเคราะห์ด้วยแสง C4

ที่ความเข้มข้นต่ำของ CO 2 ที่ละลายในสโตรมา ไรบูโลส ไบฟอสเฟต คาร์บอกซีเลสจะเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาออกซิเดชันของไรบูโลส-1,5-ไบฟอสเฟต และสลายตัวเป็นกรด 3-ฟอสโฟกลีเซอริก และกรดฟอสโฟไกลโคลิก ซึ่งถูกบังคับให้ใช้ในกระบวนการหายใจด้วยแสง .

เพื่อเพิ่มความเข้มข้นของ CO2 พืชประเภท 4 C เปลี่ยนลักษณะทางกายวิภาคของใบ วัฏจักรคาลวินเกิดขึ้นเฉพาะในเซลล์เปลือกของมัดหลอดเลือด ในเซลล์มีโซฟิลล์ ภายใต้การกระทำของ PEP คาร์บอกซิเลส ฟอสโฟอีนอลไพรูเวตจะถูกเติมคาร์บอกซิเลตให้กลายเป็นกรดออกซาโลอะซิติก ซึ่งถูกเปลี่ยนเป็นมาเลตหรือแอสปาร์เตต และขนส่งไปยังเซลล์ของเปลือก จะถูกดีคาร์บอกซีเลตไปเป็นไพรูเวต และจะถูกส่งกลับไปยังเซลล์มีโซฟิลล์

ด้วยค่า 4 การสังเคราะห์ด้วยแสงไม่ได้มาพร้อมกับการสูญเสียไรบูโลส-1,5-ไบฟอสเฟตจากวัฏจักรคาลวิน ดังนั้นจึงมีประสิทธิภาพมากกว่า อย่างไรก็ตาม ไม่จำเป็นต้องใช้ ATP 18 แต่ 30 ATP สำหรับการสังเคราะห์กลูโคส 1 โมเลกุล สิ่งนี้เป็นสิ่งที่สมเหตุสมผลในเขตร้อน ซึ่งสภาพอากาศร้อนจำเป็นต้องปิดปากใบ ซึ่งป้องกันไม่ให้ CO 2 เข้าไปในใบ เช่นเดียวกับกลยุทธ์การใช้ชีวิตแบบหางเสือ

การสังเคราะห์แสงนั่นเอง

ต่อมาพบว่านอกจากจะปล่อยออกซิเจนแล้ว พืชยังดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และสังเคราะห์อินทรียวัตถุในแสงด้วยการมีส่วนร่วมของน้ำ ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน โรเบิร์ต เมเยอร์ตั้งสมมติฐานว่าพืชแปลงพลังงานจากแสงอาทิตย์เป็นพลังงานของพันธะเคมี W. Pfeffer เรียกกระบวนการนี้ว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง

คลอโรฟิลล์ถูกแยกได้ครั้งแรกโดย P. J. Peltier และ J. Caventou M.S. Tsvet สามารถแยกเม็ดสีและศึกษาแยกกันโดยใช้วิธีโครมาโตกราฟีที่เขาสร้างขึ้น สเปกตรัมการดูดกลืนแสงของคลอโรฟิลล์ได้รับการศึกษาโดย K. A. Timiryazev ผู้พัฒนาหลักการของ Mayer แสดงให้เห็นว่ามันเป็นรังสีดูดกลืนที่ทำให้สามารถเพิ่มพลังงานของระบบได้ สร้างพันธะ C-C พลังงานสูงแทนพันธะ C-O และ O-H ที่อ่อนแอ ( ก่อนหน้านี้เชื่อกันว่าในการสังเคราะห์ด้วยแสงจะใช้รังสีสีเหลืองซึ่งไม่ถูกดูดซับโดยเม็ดสีของใบ) สิ่งนี้ทำได้ด้วยวิธีที่เขาสร้างขึ้นสำหรับการบัญชีสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยอาศัย CO 2 ที่ถูกดูดซับ: ในระหว่างการทดลองส่องสว่างพืชด้วยแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกัน (สีต่างกัน) ปรากฎว่าความเข้มของการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นพร้อมกับสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของคลอโรฟิลล์ .

ธรรมชาติรีดอกซ์ของการสังเคราะห์ด้วยแสง (ทั้งออกซิเจนและอะออกซิเจน) ได้รับการตั้งสมมติฐานโดย Cornelis van Niel ซึ่งหมายความว่าออกซิเจนในการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นถูกสร้างขึ้นจากน้ำทั้งหมด ซึ่งได้รับการยืนยันจากการทดลองโดย A.P. Vinogradov ในการทดลองโดยใช้ฉลากไอโซโทป Robert Hill พบว่ากระบวนการออกซิเดชันของน้ำ (และการปล่อยออกซิเจน) และการดูดกลืน CO 2 สามารถแยกออกจากกันได้ W.D. Arnon ได้สร้างกลไกของระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง และเมลวิน คาลวินได้เปิดเผยแก่นแท้ของกระบวนการดูดซึม CO 2 โดยใช้ไอโซโทปคาร์บอนในช่วงปลายทศวรรษ 1940 ซึ่งทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบล

ข้อเท็จจริงอื่น ๆ

ดูสิ่งนี้ด้วย

วรรณกรรม

• ฮอล ดี., เรา เค.การสังเคราะห์ด้วยแสง: การแปล จากอังกฤษ - อ.: มีร์, 2526.
• สรีรวิทยาของพืช / เอ็ด ศาสตราจารย์ Ermakova I.P. - M.: Academy, 2550
• อณูชีววิทยาของเซลล์ / Albertis B., Bray D. et al. ใน 3 ฉบับ - ม.: มีร์, 1994
• รูบิน เอ.บี.ชีวฟิสิกส์ ใน 2 ฉบับ - อ.: สำนักพิมพ์. มหาวิทยาลัยมอสโกและวิทยาศาสตร์ 2547
• Chernavskaya N. M. , Chernavsky D. S.การขนส่งอิเล็กตรอนแบบอุโมงค์ในการสังเคราะห์ด้วยแสง ม., 1977.
• V. Lyubimenko.อิทธิพลของแสงต่อการดูดซับสารอินทรีย์จากพืชสีเขียว // ข่าวของ Imperial Academy of Sciences ซีรีย์ VI. - พ.ศ. 2450 - ลำดับที่ 12. - หน้า 395-426 มี 6 โต๊ะ
• เมดเวเดฟ เอส.เอส.สรีรวิทยาพืช - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: มหาวิทยาลัยแห่งรัฐเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก, 2547

คำจำกัดความ: การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการสร้างสารอินทรีย์จากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำโดยการปล่อยออกซิเจนออกมา

คำอธิบายสั้น ๆ ของการสังเคราะห์ด้วยแสง

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเกี่ยวข้องกับ:

1) คลอโรพลาสต์

3) คาร์บอนไดออกไซด์

5) อุณหภูมิ

ในพืชชั้นสูง การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ - พลาสติดรูปไข่ (ออร์แกเนลล์กึ่งอิสระ) ที่มีเม็ดสีคลอโรฟิลล์ เนื่องจากสีเขียวซึ่งส่วนต่างๆ ของพืชก็มีสีเขียวเช่นกัน

ในสาหร่ายคลอโรฟิลล์มีอยู่ในโครมาโตฟอร์ (เซลล์ที่มีเม็ดสีและสะท้อนแสง) สาหร่ายสีน้ำตาลและสีแดงซึ่งอาศัยอยู่ที่ระดับความลึกมากซึ่งแสงแดดส่องไม่ถึงจะมีเม็ดสีอื่นๆ

หากคุณดูปิรามิดอาหารของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงจะอยู่ด้านล่างสุด ในบรรดาออโตโทรฟ (สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์สารอินทรีย์จากสารอนินทรีย์) จึงเป็นแหล่งอาหารของทุกชีวิตบนโลก

ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ ในชั้นบนของบรรยากาศจะเกิดโอโซนขึ้น เกราะป้องกันโอโซนช่วยปกป้องพื้นผิวโลกจากรังสีอัลตราไวโอเลตที่รุนแรง ช่วยให้สิ่งมีชีวิตโผล่ขึ้นมาจากทะเลสู่พื้นดิน

ออกซิเจนจำเป็นต่อการหายใจของพืชและสัตว์ เมื่อกลูโคสถูกออกซิไดซ์โดยการมีส่วนร่วมของออกซิเจน ไมโตคอนเดรียจะเก็บพลังงานได้มากกว่าที่ไม่มีมันเกือบ 20 เท่า ทำให้การใช้อาหารมีประสิทธิภาพมากขึ้น ส่งผลให้อัตราการเผาผลาญในนกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสูง

คำอธิบายโดยละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงในพืช

ความก้าวหน้าของการสังเคราะห์ด้วยแสง:

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเริ่มต้นด้วยคลอโรพลาสต์ที่กระทบกับแสง - ออร์แกเนลล์กึ่งอิสระภายในเซลล์ที่มีเม็ดสีเขียว เมื่อสัมผัสกับแสง คลอโรพลาสต์จะเริ่มใช้น้ำจากดิน และแยกออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน

ออกซิเจนส่วนหนึ่งถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ ส่วนอีกส่วนหนึ่งไปสู่กระบวนการออกซิเดชั่นในพืช

น้ำตาลรวมกับไนโตรเจน ซัลเฟอร์ และฟอสฟอรัสที่มาจากดิน ด้วยวิธีนี้พืชสีเขียวจึงผลิตแป้ง ​​ไขมัน โปรตีน วิตามิน และสารประกอบเชิงซ้อนอื่นๆ ที่จำเป็นสำหรับชีวิตของพวกเขา

การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นได้ดีที่สุดภายใต้อิทธิพลของแสงแดด แต่พืชบางชนิดสามารถพอใจกับแสงประดิษฐ์ได้

คำอธิบายที่ซับซ้อนของกลไกการสังเคราะห์ด้วยแสงสำหรับผู้อ่านขั้นสูง

จนถึงช่วงทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์รู้เพียงกลไกเดียวในการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ - ผ่านวิถีทาง C3-เพนโตสฟอสเฟต อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรเลียกลุ่มหนึ่งสามารถพิสูจน์ได้ว่าในพืชบางชนิด การลดคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นผ่านวัฏจักรกรด C4-ไดคาร์บอกซิลิก

ในพืชที่มีปฏิกิริยา C3 การสังเคราะห์ด้วยแสงจะเกิดขึ้นมากที่สุดภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิและแสงปานกลาง โดยส่วนใหญ่อยู่ในป่าและในที่มืด พืชดังกล่าวประกอบด้วยพืชที่ปลูกเกือบทั้งหมดและผักส่วนใหญ่ พวกมันเป็นพื้นฐานของอาหารของมนุษย์

ในพืชที่มีปฏิกิริยา C4 การสังเคราะห์ด้วยแสงจะเกิดขึ้นมากที่สุดภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิและแสงสูง พืชดังกล่าวได้แก่ ข้าวโพด ข้าวฟ่าง และอ้อย ซึ่งเติบโตในสภาพอากาศอบอุ่นและเขตร้อน

เมแทบอลิซึมของพืชถูกค้นพบเมื่อไม่นานมานี้เมื่อพบว่าในพืชบางชนิดที่มีเนื้อเยื่อพิเศษสำหรับกักเก็บน้ำคาร์บอนไดออกไซด์จะสะสมในรูปของกรดอินทรีย์และถูกตรึงอยู่ในคาร์โบไฮเดรตหลังจากผ่านไปหนึ่งวันเท่านั้น กลไกนี้ช่วยให้พืชประหยัดน้ำ

กระบวนการสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นได้อย่างไร?

พืชดูดซับแสงโดยใช้สารสีเขียวที่เรียกว่าคลอโรฟิลล์ คลอโรฟิลล์พบได้ในคลอโรพลาสต์ซึ่งพบได้ในลำต้นหรือผลไม้ ใบไม้มีจำนวนมากเป็นพิเศษ เนื่องจากเนื่องจากโครงสร้างที่แบนมาก ใบไม้จึงสามารถดึงดูดแสงได้มาก ดังนั้นจึงได้รับพลังงานมากขึ้นสำหรับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

หลังจากการดูดซึม คลอโรฟิลล์จะอยู่ในสภาวะตื่นเต้นและถ่ายโอนพลังงานไปยังโมเลกุลอื่นๆ ของร่างกายพืช โดยเฉพาะโมเลกุลที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการสังเคราะห์ด้วยแสง ขั้นตอนที่สองของกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นโดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของแสงและประกอบด้วยการได้รับพันธะเคมีโดยการมีส่วนร่วมของคาร์บอนไดออกไซด์ที่ได้จากอากาศและน้ำ ในขั้นตอนนี้จะมีการสังเคราะห์สารที่เป็นประโยชน์ต่อสิ่งมีชีวิตหลายชนิด เช่น แป้งและกลูโคส

พืชใช้สารอินทรีย์เหล่านี้เองในการบำรุงส่วนต่างๆ ของมัน รวมทั้งเพื่อรักษาการทำงานของชีวิตให้เป็นปกติ นอกจากนี้สัตว์ยังได้รับสารเหล่านี้จากการกินพืชอีกด้วย ผู้คนยังได้รับสารเหล่านี้จากการรับประทานอาหารที่มีต้นกำเนิดจากสัตว์และพืช

เงื่อนไขสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งภายใต้อิทธิพลของแสงประดิษฐ์และแสงแดด ตามกฎแล้วพืชจะ "ทำงาน" อย่างเข้มข้นในธรรมชาติในช่วงฤดูใบไม้ผลิและฤดูร้อนเมื่อมีแสงแดดที่จำเป็นจำนวนมาก ในฤดูใบไม้ร่วงแสงน้อย วันก็สั้นลง ใบไม้เปลี่ยนเป็นสีเหลืองก่อนแล้วจึงร่วงหล่น แต่ทันทีที่ดวงอาทิตย์อันอบอุ่นในฤดูใบไม้ผลิปรากฏขึ้น ใบไม้สีเขียวก็ปรากฏขึ้นอีกครั้ง และ “โรงงาน” สีเขียวจะกลับมาทำงานอีกครั้งเพื่อจัดหาออกซิเจนที่จำเป็นต่อชีวิต เช่นเดียวกับสารอาหารอื่นๆ อีกมากมาย

ความหมายอื่นของการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสง (จากภาษากรีกโบราณแสงและการสังเคราะห์ - การเชื่อมต่อ, การพับ, การผูก, การสังเคราะห์) เป็นกระบวนการในการแปลงพลังงานแสงให้เป็นพลังงานของพันธะเคมีของสารอินทรีย์ในแสงโดยโฟโตออโตโทรฟที่มีส่วนร่วมของเม็ดสีสังเคราะห์แสง (คลอโรฟิลล์ในพืช , แบคทีเรีย คลอโรฟิลล์ และแบคทีเรียในแบคทีเรีย ) ในสรีรวิทยาของพืชสมัยใหม่ การสังเคราะห์ด้วยแสงมักเข้าใจกันมากขึ้นว่าเป็นฟังก์ชันโฟโตออโตโทรฟิก ซึ่งเป็นชุดของกระบวนการดูดซับ การเปลี่ยนแปลง และการใช้พลังงานของควอนตัมแสงในปฏิกิริยาเอนเดอร์โกนิกต่างๆ รวมถึงการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารอินทรีย์

ขั้นตอนการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างซับซ้อนและมี 2 ระยะ ได้แก่ แสงซึ่งมักเกิดขึ้นเฉพาะในแสงสว่างเท่านั้น และระยะที่มืด กระบวนการทั้งหมดเกิดขึ้นภายในคลอโรพลาสต์บนอวัยวะขนาดเล็กพิเศษ - ไทลาโคเดีย ในระหว่างระยะแสง ควอนตัมของแสงจะถูกดูดซับโดยคลอโรฟิลล์ ส่งผลให้เกิดโมเลกุล ATP และ NADPH จากนั้นน้ำจะแตกตัวกลายเป็นไอออนไฮโดรเจนและปล่อยโมเลกุลออกซิเจนออกมา คำถามเกิดขึ้นว่าสารลึกลับที่เข้าใจยากเหล่านี้คืออะไร: ATP และ NADH?

ATP เป็นโมเลกุลอินทรีย์พิเศษที่พบในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด และมักเรียกว่าสกุลเงิน "พลังงาน" เป็นโมเลกุลเหล่านี้ที่มีพันธะพลังงานสูงและเป็นแหล่งพลังงานในการสังเคราะห์สารอินทรีย์และกระบวนการทางเคมีในร่างกาย จริงๆ แล้ว NADPH เป็นแหล่งของไฮโดรเจน มันถูกใช้โดยตรงในการสังเคราะห์สารอินทรีย์โมเลกุลสูง - คาร์โบไฮเดรต ซึ่งเกิดขึ้นในระยะที่สองที่มืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยใช้คาร์บอนไดออกไซด์

ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง

คลอโรพลาสต์มีโมเลกุลคลอโรฟิลล์จำนวนมาก และพวกมันดูดซับแสงแดดทั้งหมด ในเวลาเดียวกัน แสงจะถูกดูดซับโดยเม็ดสีอื่น ๆ แต่ไม่สามารถสังเคราะห์แสงได้ กระบวนการนี้เกิดขึ้นเฉพาะในโมเลกุลคลอโรฟิลล์บางชนิดเท่านั้นซึ่งมีน้อยมาก โมเลกุลอื่นๆ ของคลอโรฟิลล์ แคโรทีนอยด์ และสารอื่นๆ ก่อตัวเป็นเสาอากาศพิเศษและสารเชิงซ้อนการเก็บเกี่ยวแสง (LHC) พวกมันดูดซับควอนตัมแสงและส่งแรงกระตุ้นไปยังศูนย์ปฏิกิริยาหรือกับดักพิเศษเช่นเดียวกับเสาอากาศ ศูนย์เหล่านี้ตั้งอยู่ในระบบภาพถ่าย ซึ่งพืชมีสองระบบ: ระบบภาพถ่าย II และระบบภาพถ่าย I พวกมันประกอบด้วยโมเลกุลคลอโรฟิลล์พิเศษ: ตามลำดับ ในระบบภาพถ่าย II - P680 และในระบบภาพถ่าย I - P700 พวกมันดูดซับแสงที่มีความยาวคลื่นเท่านี้ (680 และ 700 นาโนเมตร)

แผนภาพทำให้ชัดเจนมากขึ้นว่าทุกอย่างมีลักษณะและเกิดขึ้นอย่างไรในช่วงระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ในรูปเราเห็นระบบภาพถ่ายสองระบบที่มีคลอโรฟิลล์ P680 และ P700 รูปนี้ยังแสดงพาหะที่การขนส่งอิเล็กตรอนเกิดขึ้นด้วย

ดังนั้น: โมเลกุลคลอโรฟิลล์ทั้งสองของระบบภาพถ่ายทั้งสองดูดซับควอนตัมแสงและเกิดความตื่นเต้น อิเล็กตรอน e- (สีแดงในรูป) เคลื่อนที่ไปสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้น

อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นมีพลังงานสูงมากพวกมันแตกออกและเข้าสู่สายโซ่ขนส่งพิเศษซึ่งอยู่ในเยื่อหุ้มของไทลาคอยด์ซึ่งเป็นโครงสร้างภายในของคลอโรพลาสต์ รูปนี้แสดงให้เห็นว่าจากระบบภาพถ่าย II จากคลอโรฟิลล์ P680 อิเล็กตรอนไปที่พลาสโตควิโนน และจากระบบภาพถ่าย I จากคลอโรฟิลล์ P700 ไปจนถึงเฟอร์ดอกซิน ในโมเลกุลคลอโรฟิลล์เอง หลุมสีน้ำเงินที่มีประจุบวกจะเกิดขึ้นแทนที่อิเล็กตรอนหลังจากกำจัดออกไป จะทำอย่างไร?

เพื่อชดเชยการขาดอิเล็กตรอน โมเลกุลคลอโรฟิลล์ P680 ของระบบภาพถ่าย II จะรับอิเล็กตรอนจากน้ำและเกิดไอออนของไฮโดรเจน นอกจากนี้ยังเกิดจากการสลายของน้ำที่ออกซิเจนถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ และโมเลกุลคลอโรฟิลล์ P700 ดังที่เห็นได้จากภาพ ชดเชยการขาดอิเล็กตรอนผ่านระบบพาหะจากระบบภาพถ่าย II

โดยทั่วไปไม่ว่าจะยากแค่ไหนก็ตาม นี่คือวิธีที่ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงดำเนินต่อไป สาระสำคัญหลักของมันคือการถ่ายโอนอิเล็กตรอน จากรูปที่ 3 ควบคู่ไปกับการขนส่งอิเล็กตรอน ไฮโดรเจนไอออน H+ เคลื่อนที่ผ่านเมมเบรน และสะสมอยู่ภายในไทลาคอยด์ เนื่องจากมีจำนวนมากที่นั่น พวกมันจึงเคลื่อนตัวออกไปด้านนอกด้วยความช่วยเหลือของปัจจัยการผันพิเศษซึ่งเป็นสีส้มในภาพที่แสดงทางด้านขวาและดูเหมือนเห็ด

ในที่สุดเราจะเห็นขั้นตอนสุดท้ายของการขนส่งอิเล็กตรอน ซึ่งส่งผลให้เกิดสารประกอบ NADH ดังกล่าว และเนื่องจากการถ่ายโอนไอออนของ H+ สกุลเงินของพลังงานจึงถูกสังเคราะห์ขึ้น - ATP (ดูด้านขวาในรูป)

ดังนั้น ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงเสร็จสมบูรณ์ ออกซิเจนถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ เกิด ATP และ NADH อะไรต่อไป? สารอินทรีย์ที่สัญญาไว้อยู่ที่ไหน? และแล้วก็มาถึงขั้นตอนมืดซึ่งประกอบด้วยกระบวนการทางเคมีเป็นส่วนใหญ่

ระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

สำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงในช่วงมืด คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ถือเป็นองค์ประกอบสำคัญ ดังนั้นพืชจึงต้องดูดซับจากบรรยากาศอย่างต่อเนื่อง เพื่อจุดประสงค์นี้มีโครงสร้างพิเศษบนพื้นผิวของใบ - ปากใบ เมื่อเปิดออก CO2 จะเข้าสู่ใบไม้ ละลายในน้ำ และทำปฏิกิริยากับระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ในช่วงแสงในพืชส่วนใหญ่ CO2 จับกับสารประกอบอินทรีย์ที่มีคาร์บอน 5 คาร์บอน (ซึ่งเป็นสายโซ่ของโมเลกุลคาร์บอน 5 โมเลกุล) ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของสารประกอบ 3 คาร์บอน 2 โมเลกุล (กรด 3-ฟอสโฟกลีเซอริก) เพราะ ผลลัพธ์หลักคือสารประกอบสามคาร์บอนเหล่านี้อย่างชัดเจน พืชที่มีการสังเคราะห์ด้วยแสงประเภทนี้เรียกว่าพืช C3

การสังเคราะห์เพิ่มเติมในคลอโรพลาสต์เกิดขึ้นค่อนข้างซับซ้อน ในที่สุดมันก็ก่อตัวเป็นสารประกอบคาร์บอน 6 ตัว ซึ่งสามารถสังเคราะห์กลูโคส ซูโครส หรือแป้งได้ในภายหลัง พืชจะสะสมพลังงานในรูปของสารอินทรีย์เหล่านี้ ในกรณีนี้ มีเพียงส่วนเล็กๆ เท่านั้นที่ยังคงอยู่ในใบซึ่งใช้สำหรับความต้องการ ในขณะที่คาร์โบไฮเดรตที่เหลือเดินทางไปทั่วทั้งต้นพืช ไปถึงจุดที่มีความต้องการพลังงานมากที่สุด - ตัวอย่างเช่น ที่จุดเติบโต

การสังเคราะห์ด้วยแสงคือการแปลงพลังงานแสงให้เป็นพลังงานของพันธะเคมีสารประกอบอินทรีย์.

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นลักษณะเฉพาะของพืช รวมทั้งสาหร่ายทั้งหมด โปรคาริโอตจำนวนหนึ่ง รวมถึงไซยาโนแบคทีเรีย และยูคาริโอตที่มีเซลล์เดียวบางชนิด

ในกรณีส่วนใหญ่ การสังเคราะห์ด้วยแสงจะผลิตออกซิเจน (O2) เป็นผลพลอยได้ อย่างไรก็ตาม ก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้นเสมอไป เนื่องจากมีหลายวิธีในการสังเคราะห์แสง ในกรณีของการปล่อยออกซิเจน แหล่งที่มาของมันคือน้ำ ซึ่งอะตอมของไฮโดรเจนจะถูกแยกออกเพื่อรองรับการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงประกอบด้วยปฏิกิริยาหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับเม็ดสีเอนไซม์โคเอ็นไซม์ ฯลฯ เม็ดสีหลักคือคลอโรฟิลล์นอกเหนือจากนั้น - แคโรทีนอยด์และไฟโคบิลิน

ในธรรมชาติ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชมี 2 วิธีร่วมกันคือ C 3 และ C 4 สิ่งมีชีวิตอื่นมีปฏิกิริยาเฉพาะของตัวเอง กระบวนการที่แตกต่างกันทั้งหมดนี้รวมกันภายใต้คำว่า "การสังเคราะห์ด้วยแสง" - โดยรวมแล้วพลังงานของโฟตอนจะถูกแปลงเป็นพันธะเคมี เพื่อการเปรียบเทียบ: ในระหว่างการสังเคราะห์ทางเคมี พลังงานของพันธะเคมีของสารประกอบบางชนิด (อนินทรีย์) จะถูกแปลงเป็นสารอินทรีย์อื่น ๆ

การสังเคราะห์ด้วยแสงมีสองขั้นตอนคือแสงและความมืดประการแรกขึ้นอยู่กับการแผ่รังสีของแสง (hν) ซึ่งจำเป็นต่อปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้น ระยะความมืดไม่ขึ้นกับแสง

ในพืชการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทั้งหมดจะเกิดสารอินทรีย์ปฐมภูมิจากนั้นจึงสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรต, กรดอะมิโน, กรดไขมัน ฯลฯ ปฏิกิริยารวมของการสังเคราะห์ด้วยแสงมักจะเขียนสัมพันธ์กับ กลูโคส - ผลิตภัณฑ์ที่พบมากที่สุดของการสังเคราะห์ด้วยแสง:

6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

อะตอมออกซิเจนที่รวมอยู่ในโมเลกุล O 2 ไม่ได้มาจากคาร์บอนไดออกไซด์ แต่มาจากน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ - แหล่งที่มาของคาร์บอนซึ่งสำคัญกว่า ด้วยการเกาะติดกัน พืชจึงมีโอกาสสังเคราะห์อินทรียวัตถุได้

ปฏิกิริยาเคมีที่นำเสนอข้างต้นเป็นปฏิกิริยาทั่วไปและทั้งหมด มันอยู่ไกลจากแก่นแท้ของกระบวนการ ดังนั้นกลูโคสจึงไม่เกิดขึ้นจากคาร์บอนไดออกไซด์ 6 โมเลกุลที่แยกจากกัน การจับกับ CO 2 เกิดขึ้นครั้งละหนึ่งโมเลกุล ซึ่งจะจับกับน้ำตาลห้าคาร์บอนที่มีอยู่ก่อน

โปรคาริโอตมีลักษณะเฉพาะของการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นของตัวเอง ดังนั้นในแบคทีเรีย เม็ดสีหลักคือแบคทีเรียคลอโรฟิลล์ และออกซิเจนจะไม่ถูกปล่อยออกมา เนื่องจากไฮโดรเจนไม่ได้ถูกพรากไปจากน้ำ แต่มักจะมาจากไฮโดรเจนซัลไฟด์หรือสารอื่น ๆ ในสาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียว เม็ดสีหลักคือคลอโรฟิลล์ และออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ในช่วงแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง ATP และ NADP H 2 จะถูกสังเคราะห์ขึ้นเนื่องจากพลังงานการแผ่รังสีมันเกิดขึ้น บนคลอโรพลาสต์ ไทลาคอยด์โดยที่เม็ดสีและเอนไซม์ก่อตัวเป็นสารเชิงซ้อนที่ซับซ้อนสำหรับการทำงานของวงจรไฟฟ้าเคมีซึ่งอิเล็กตรอนและโปรตอนไฮโดรเจนบางส่วนถูกส่งผ่านไป

ในที่สุดอิเล็กตรอนก็จะได้โคเอ็นไซม์ NADP ซึ่งเมื่อประจุลบจะดึงดูดโปรตอนบางส่วนและกลายเป็น NADP H 2 นอกจากนี้ การสะสมของโปรตอนบนด้านหนึ่งของเมมเบรนไทลาคอยด์และอิเล็กตรอนในอีกด้านหนึ่งทำให้เกิดการไล่ระดับเคมีไฟฟ้า ซึ่งเอนไซม์ ATP synthetase ใช้ศักยภาพในการสังเคราะห์ ATP จาก ADP และกรดฟอสฟอริก

เม็ดสีหลักของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือคลอโรฟิลล์ต่างๆ โมเลกุลของพวกมันจับการแผ่รังสีของสเปกตรัมแสงบางสเปกตรัมที่แตกต่างกันบางส่วน ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนของโมเลกุลคลอโรฟิลล์บางตัวจะเคลื่อนที่ไปสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้น นี่เป็นสถานะที่ไม่เสถียรและในทางทฤษฎีแล้ว อิเล็กตรอนควรปล่อยพลังงานที่ได้รับจากภายนอกออกสู่อวกาศผ่านการแผ่รังสีเดียวกันและกลับสู่ระดับก่อนหน้า อย่างไรก็ตาม ในเซลล์สังเคราะห์แสง อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นจะถูกจับโดยตัวรับ และเมื่อพลังงานของพวกมันลดลงทีละน้อย จะถูกถ่ายโอนไปตามสายโซ่ของพาหะ

มีระบบภาพถ่ายสองประเภทบนเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ที่ปล่อยอิเล็กตรอนเมื่อสัมผัสกับแสงระบบภาพถ่ายเป็นระบบที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยเม็ดสีคลอโรฟิลล์เป็นส่วนใหญ่ โดยมีศูนย์กลางปฏิกิริยาที่อิเล็กตรอนจะถูกกำจัดออกไป ในระบบภาพถ่าย แสงแดดจับโมเลกุลจำนวนมาก แต่พลังงานทั้งหมดจะถูกรวบรวมไว้ในศูนย์ปฏิกิริยา

อิเล็กตรอนจากระบบภาพถ่าย I ที่ผ่านสายโซ่ตัวขนส่งจะลด NADP

พลังงานของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากระบบภาพถ่าย II ใช้สำหรับการสังเคราะห์ ATPและอิเล็กตรอนของระบบภาพถ่าย II เองก็เข้ามาเติมเต็มรูอิเล็กตรอนของระบบภาพถ่าย I

รูของระบบภาพถ่ายที่สองนั้นเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนที่เกิดจาก โฟโตไลซิสของน้ำ. โฟโตไลซิสเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของแสงและประกอบด้วยการสลายตัวของ H 2 O ให้เป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และออกซิเจน เป็นผลมาจากโฟโตไลซิสของน้ำทำให้เกิดออกซิเจนอิสระ โปรตอนมีส่วนร่วมในการสร้างการไล่ระดับเคมีไฟฟ้าและลด NADP คลอโรฟิลล์ของระบบภาพถ่าย II ได้รับอิเล็กตรอน

สมการสรุปโดยประมาณสำหรับระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง:

เอช 2 โอ + NADP + 2ADP + 2P → ½O 2 + NADP H 2 + 2ATP

การขนส่งอิเล็กตรอนแบบวัฏจักร

ที่เรียกว่า ระยะแสงที่ไม่ใช่วงจรของการสังเคราะห์ด้วยแสง. มีอีกไหม การขนส่งอิเล็กตรอนแบบไซคลิกเมื่อการลด NADP ไม่เกิดขึ้น. ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนจากระบบภาพถ่ายจะไปที่ห่วงโซ่การขนย้าย ซึ่งเกิดการสังเคราะห์ ATP นั่นคือห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนนี้รับอิเล็กตรอนจากระบบภาพถ่าย I ไม่ใช่ II ระบบภาพถ่ายระบบแรกเหมือนเดิมคือใช้วัฏจักร: อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากมันจะถูกส่งกลับไปยังมัน ระหว่างทาง พวกเขาใช้พลังงานส่วนหนึ่งไปกับการสังเคราะห์ ATP

โฟโตฟอสโฟรีเลชั่นและออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่น

ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถเปรียบเทียบได้กับระยะการหายใจของเซลล์ - ออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่นซึ่งเกิดขึ้นบนคริสเตของไมโตคอนเดรีย การสังเคราะห์ ATP ยังเกิดขึ้นที่นั่นเนื่องจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและโปรตอนผ่านสายโซ่ของพาหะ อย่างไรก็ตาม ในกรณีของการสังเคราะห์ด้วยแสง พลังงานจะถูกเก็บไว้ใน ATP ไม่ใช่ตามความต้องการของเซลล์ แต่เพื่อความต้องการของการสังเคราะห์ด้วยแสงในช่วงมืดเป็นหลัก และถ้าในระหว่างการหายใจแหล่งพลังงานเริ่มแรกคือสารอินทรีย์ ดังนั้นในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงก็จะเป็นแสงแดด การสังเคราะห์ ATP ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงเรียกว่า โฟโตฟอสโฟรีเลชั่นมากกว่าออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่น

ระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

เป็นครั้งแรกที่มีการศึกษาระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงอย่างละเอียดโดยคาลวิน เบนสัน และบาสเซม วงจรปฏิกิริยาที่พวกเขาค้นพบต่อมาถูกเรียกว่า วงจรคาลวิน หรือการสังเคราะห์ด้วยแสง C 3 ในพืชบางกลุ่มจะมีการสังเกตวิถีการสังเคราะห์แสงที่ถูกดัดแปลง - C 4 หรือที่เรียกว่าวงจร Hatch-Slack

ในปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงที่มืด CO 2 ได้รับการแก้ไขระยะมืดเกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์

การลดลงของ CO 2 เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานของ ATP และแรงรีดิวซ์ของ NADP H 2 ที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาแสง หากไม่มีพวกมัน การตรึงคาร์บอนจะไม่เกิดขึ้น ดังนั้น แม้ว่าระยะความมืดไม่ได้ขึ้นอยู่กับแสงโดยตรง แต่ก็มักจะเกิดขึ้นในแสงด้วย

วงจรคาลวิน

ปฏิกิริยาแรกของระยะมืดคือการเติม CO 2 ( คาร์บอกซิเลชันจ) ถึง 1,5-ไรบูโลส ไบฟอสเฟต ( ไรบูโลส-1,5-บิสฟอสเฟต) – ริบีเอฟ. หลังเป็นไรโบสฟอสโฟรีเลตสองเท่า ปฏิกิริยานี้ถูกเร่งโดยเอนไซม์ไรบูโลส-1,5-ไดฟอสเฟต คาร์บอกซีเลส หรือที่เรียกว่า รูบิสโก.

อันเป็นผลมาจากคาร์บอกซิเลชันจะเกิดสารประกอบหกคาร์บอนที่ไม่เสถียรซึ่งเป็นผลมาจากการไฮโดรไลซิสจะแบ่งออกเป็นโมเลกุลสามคาร์บอนสองโมเลกุล กรดฟอสโฟกลีเซอริก (PGA)- ผลิตภัณฑ์แรกของการสังเคราะห์ด้วยแสง PGA เรียกอีกอย่างว่าฟอสโฟกลีเซอเรต

ซี่โครง + CO 2 + H 2 O → 2FGK

FHA ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน 3 อะตอม ซึ่งหนึ่งในนั้นเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มคาร์บอกซิลที่เป็นกรด (-COOH):

น้ำตาลสามคาร์บอน (กลีเซอราลดีไฮด์ฟอสเฟต) เกิดขึ้นจาก PGA ไตรโรสฟอสเฟต (TP)รวมถึงหมู่อัลดีไฮด์ (-CHO) แล้ว:

FHA (กรด 3) → TF (3-น้ำตาล)

ปฏิกิริยานี้ต้องใช้พลังงานของ ATP และพลังงานรีดิวซ์ของ NADP H2 TF เป็นคาร์โบไฮเดรตตัวแรกของการสังเคราะห์ด้วยแสง

หลังจากนั้น ไทรโอสฟอสเฟตส่วนใหญ่จะถูกใช้ไปกับการสร้างไรบูโลส ไบฟอสเฟต (RiBP) ขึ้นมาใหม่ ซึ่งจะถูกใช้เพื่อแก้ไข CO 2 อีกครั้ง การสร้างใหม่ประกอบด้วยชุดของปฏิกิริยาที่ใช้ ATP มากซึ่งเกี่ยวข้องกับน้ำตาลฟอสเฟตโดยมีอะตอมของคาร์บอนจำนวน 3 ถึง 7 อะตอม

วงจรของ RiBF นี้คือวงจรคาลวิน

ส่วนเล็กๆ ของ TF ที่เกิดขึ้นจะออกจากวงจรคาลวิน ในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ 6 โมเลกุลที่เกาะกัน จะได้ไตรโอสฟอสเฟต 2 โมเลกุล ปฏิกิริยารวมของวงจรกับผลผลิตเข้าและออก:

6CO 2 + 6H 2 O → 2TP

ในกรณีนี้ RiBP 6 โมเลกุลมีส่วนร่วมในการจับและ 12 โมเลกุลของ PGA ถูกสร้างขึ้นซึ่งถูกแปลงเป็น 12 TF โดย 10 โมเลกุลยังคงอยู่ในวงจรและถูกแปลงเป็น 6 โมเลกุลของ RiBP เนื่องจาก TP เป็นน้ำตาลสามคาร์บอนและ RiBP เป็นน้ำตาลห้าคาร์บอน ดังนั้นเราจึงมีความสัมพันธ์กับอะตอมคาร์บอน: 10 * 3 = 6 * 5 จำนวนอะตอมคาร์บอนที่ให้วัฏจักรไม่เปลี่ยนแปลง สิ่งที่จำเป็นทั้งหมด RiBP ถูกสร้างใหม่ และโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ 6 โมเลกุลที่เข้าสู่วงจรจะถูกใช้ไปกับการก่อตัวของโมเลกุลไตรโอสฟอสเฟต 2 โมเลกุลที่ออกจากวงจร

วัฏจักรคาลวินต่อโมเลกุล CO 2 ที่ถูกผูกไว้ 6 โมเลกุล ต้องใช้โมเลกุล ATP 18 โมเลกุลและ NADP H 2 12 โมเลกุล ซึ่งถูกสังเคราะห์ขึ้นในปฏิกิริยาของระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง

การคำนวณขึ้นอยู่กับโมเลกุลไตรโอสฟอสเฟตสองตัวที่ออกจากวงจรเนื่องจากโมเลกุลกลูโคสที่เกิดขึ้นในเวลาต่อมาประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน 6 อะตอม

ไตรโรสฟอสเฟต (TP) เป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของวัฏจักรคาลวิน แต่แทบจะเรียกได้ว่าเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการสังเคราะห์ด้วยแสงไม่ได้เนื่องจากแทบจะไม่สะสม แต่เมื่อทำปฏิกิริยากับสารอื่น ๆ จะถูกเปลี่ยนเป็นกลูโคส ซูโครส แป้ง ไขมัน กรดไขมัน และกรดอะมิโน นอกจาก TF แล้ว FGK ยังมีบทบาทสำคัญอีกด้วย อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาดังกล่าวเกิดขึ้นไม่เพียงแต่ในสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงเท่านั้น ในแง่นี้ ระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเหมือนกับวัฏจักรคาลวิน

น้ำตาลหกคาร์บอนถูกสร้างขึ้นจาก FHA โดยการเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์แบบขั้นตอน ฟรุกโตส 6-ฟอสเฟตซึ่งกลายเป็น กลูโคส. ในพืช กลูโคสสามารถรวมตัวเป็นแป้งและเซลลูโลสได้ การสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตคล้ายกับกระบวนการย้อนกลับของไกลโคไลซิส

การหายใจด้วยแสง

ออกซิเจนยับยั้งการสังเคราะห์ด้วยแสง ยิ่งมี O 2 อยู่ในสิ่งแวดล้อมมากเท่าไร กระบวนการกักเก็บ CO 2 ก็ยิ่งมีประสิทธิภาพน้อยลงเท่านั้น ความจริงก็คือเอนไซม์ไรบูโลสไบฟอสเฟตคาร์บอกซิเลส (รูบิสโก) สามารถทำปฏิกิริยาไม่เพียงกับคาร์บอนไดออกไซด์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงออกซิเจนด้วย ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาความมืดจะแตกต่างออกไปบ้าง

ฟอสโฟไกลโคเลตเป็นกรดฟอสโฟไกลโคลิก หมู่ฟอสเฟตจะถูกแยกออกทันทีและกลายเป็นกรดไกลโคลิก (ไกลโคเลต) หากต้องการ "รีไซเคิล" จำเป็นต้องมีออกซิเจนอีกครั้ง ดังนั้นยิ่งมีออกซิเจนในบรรยากาศมากเท่าใด ก็จะยิ่งกระตุ้นการหายใจด้วยแสงมากขึ้นเท่านั้น และพืชก็จะยิ่งต้องการออกซิเจนมากขึ้นในการกำจัดผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาด้วย

การหายใจด้วยแสงคือการใช้ออกซิเจนและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ขึ้นอยู่กับแสงนั่นคือการแลกเปลี่ยนก๊าซเกิดขึ้นในระหว่างการหายใจ แต่เกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์และขึ้นอยู่กับการแผ่รังสีของแสง การหายใจด้วยแสงขึ้นอยู่กับแสงเท่านั้นเนื่องจากไรบูโลสไบฟอสเฟตเกิดขึ้นเฉพาะในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงเท่านั้น

ในระหว่างการหายใจด้วยแสง อะตอมของคาร์บอนจากไกลโคเลตจะกลับสู่วัฏจักรคาลวินในรูปของกรดฟอสโฟกลีเซอริก (ฟอสโฟกลีเซอเรต)

2 ไกลโคเลต (C 2) → 2 ไกลออกซิเลต (C 2) → 2 ไกลซีน (C 2) - CO 2 → ซีรีน (C 3) → ไฮดรอกซีไพรูเวท (C 3) → กลีเซอเรต (C 3) → FHA (C 3)

อย่างที่คุณเห็น การกลับมาไม่สมบูรณ์ เนื่องจากอะตอมของคาร์บอนหนึ่งอะตอมจะหายไปเมื่อไกลซีนสองโมเลกุลถูกแปลงเป็นซีรีนกรดอะมิโนหนึ่งโมเลกุลและปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา

จำเป็นต้องใช้ออกซิเจนในระหว่างการเปลี่ยนไกลโคเลตเป็นไกลออกซิเลตและไกลซีนเป็นซีรีน

การเปลี่ยนไกลโคเลตเป็นไกลออกซิเลตแล้วเปลี่ยนเป็นไกลซีนเกิดขึ้นในเปอร์รอกซิโซม และการสังเคราะห์ซีรีนในไมโตคอนเดรีย ซีรีนจะเข้าสู่เปอร์รอกซิโซมอีกครั้ง โดยจะเปลี่ยนเป็นไฮดรอกซีไพรูเวตก่อน จากนั้นจึงเปลี่ยนเป็นกลีเซอเรต กลีเซอเรตเข้าสู่คลอโรพลาสต์แล้วโดยที่ PGA ถูกสังเคราะห์จากมัน

การหายใจด้วยแสงเป็นลักษณะเฉพาะของพืชที่มีการสังเคราะห์ด้วยแสงประเภท C 3 เป็นหลัก อาจถือได้ว่าเป็นอันตรายเนื่องจากพลังงานจะสูญเปล่าในการเปลี่ยนไกลโคเลตเป็น PGA เห็นได้ชัดว่าการหายใจด้วยแสงเกิดขึ้นเนื่องจากพืชโบราณไม่ได้เตรียมไว้สำหรับออกซิเจนจำนวนมากในชั้นบรรยากาศ ในตอนแรก วิวัฒนาการของพวกมันเกิดขึ้นในบรรยากาศที่อุดมไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ และสิ่งนี้เองที่ยึดศูนย์กลางปฏิกิริยาของเอนไซม์รูบิสโกเป็นหลัก

การสังเคราะห์ด้วยแสง C 4 หรือวงจร Hatch-Slack

หากในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง C 3 ผลิตภัณฑ์แรกของระยะมืดคือกรดฟอสโฟกลีเซอริกซึ่งมีอะตอมของคาร์บอนสามอะตอมดังนั้นในระหว่างเส้นทาง C 4 ผลิตภัณฑ์แรกคือกรดที่มีอะตอมของคาร์บอนสี่อะตอม: มาลิก, ออกซาโลอะซิติก, แอสพาร์ติก

การสังเคราะห์ด้วยแสง C 4 พบได้ในพืชเขตร้อนหลายชนิด เช่น อ้อยและข้าวโพด

พืช C4 ดูดซับคาร์บอนมอนอกไซด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและแทบไม่มีการหายใจด้วยแสงเลย

พืชที่การสังเคราะห์ด้วยแสงในระยะมืดดำเนินไปตามเส้นทาง C4 มีโครงสร้างใบพิเศษ ในนั้นกลุ่มหลอดเลือดถูกล้อมรอบด้วยเซลล์สองชั้น ชั้นในเป็นชั้นบุของมัดตัวนำไฟฟ้า ชั้นนอกเป็นเซลล์มีโซฟิลล์ คลอโรพลาสต์ของชั้นเซลล์ต่างกัน

คลอโรพลาสต์แบบมีโซฟิลิกมีลักษณะเฉพาะคือกรานาขนาดใหญ่ กิจกรรมของระบบแสงสูง และไม่มีเอนไซม์ RiBP-carboxylase (รูบิสโก) และแป้ง นั่นคือคลอโรพลาสต์ของเซลล์เหล่านี้ได้รับการปรับให้เข้ากับระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นหลัก

ในคลอโรพลาสต์ของเซลล์มัดหลอดเลือด Grana แทบจะไม่ได้รับการพัฒนาเลย แต่ความเข้มข้นของ RiBP carboxylase นั้นสูง คลอโรพลาสต์เหล่านี้ได้รับการปรับให้เหมาะกับช่วงมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

คาร์บอนไดออกไซด์จะเข้าสู่เซลล์มีโซฟิลล์ก่อน และจับกับกรดอินทรีย์ ในรูปแบบนี้จะถูกส่งไปยังเซลล์เปลือก ซึ่งปล่อยออกมาและจับกันเพิ่มเติมในลักษณะเดียวกับในพืช C 3 นั่นคือเส้นทาง C 4 เป็นส่วนเติมเต็ม แทนที่จะแทนที่ C 3

ในมีโซฟิลล์ CO2 จะรวมกับฟอสโฟอีนอลไพรูเวต (PEP) เพื่อสร้างออกซาโลอะซิเตต (กรด) ที่มีอะตอมของคาร์บอน 4 อะตอม:

ปฏิกิริยาเกิดขึ้นกับการมีส่วนร่วมของเอนไซม์ PEP carboxylase ซึ่งมีความสัมพันธ์กับ CO 2 มากกว่ารูบิสโก นอกจากนี้ PEP carboxylase ยังไม่มีปฏิกิริยากับออกซิเจน ซึ่งหมายความว่าจะไม่ถูกใช้ไปกับการหายใจด้วยแสง ดังนั้นข้อดีของการสังเคราะห์ด้วยแสง C 4 คือการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นการเพิ่มความเข้มข้นในเซลล์เปลือกและผลที่ตามมาคือการทำงานของ RiBP carboxylase ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นซึ่งแทบไม่ได้ใช้กับการหายใจด้วยแสง

ออกซาโลอะซิเตตจะถูกแปลงเป็นกรดไดคาร์บอกซิลิก 4 คาร์บอน (มาเลตหรือแอสพาเทต) ซึ่งถูกขนส่งเข้าไปในคลอโรพลาสต์ของเซลล์มัดเปลือก ในที่นี้กรดจะถูกดีคาร์บอกซิเลต (กำจัด CO2) ออกซิไดซ์ (กำจัดไฮโดรเจน) และแปลงเป็นไพรูเวต ไฮโดรเจนจะลด NADP ไพรูเวตกลับคืนสู่มีโซฟิลล์ โดยที่ PEP จะถูกสร้างขึ้นใหม่โดยใช้ ATP

CO 2 ที่แยกออกจากกันในคลอโรพลาสต์ของเซลล์เปลือกจะไปยังทางเดิน C 3 ปกติของการสังเคราะห์ด้วยแสงในช่วงมืดนั่นคือไปยังวัฏจักรคาลวิน

การสังเคราะห์ด้วยแสงผ่านวิถี Hatch-Slack ต้องใช้พลังงานมากขึ้น

เชื่อกันว่าวิถี C4 เกิดขึ้นภายหลังในการวิวัฒนาการมากกว่าวิถี C3 และส่วนใหญ่เป็นการปรับตัวต่อการหายใจด้วยแสง

พืชได้รับน้ำและแร่ธาตุจากราก ใบไม้ให้สารอาหารอินทรีย์แก่พืช ต่างจากรากตรงที่ไม่ได้อยู่ในดิน แต่อยู่ในอากาศดังนั้นจึงไม่ได้ให้ดิน แต่เป็นสารอาหารในอากาศ

จากประวัติการศึกษาโภชนาการทางอากาศของพืช

ความรู้เรื่องธาตุอาหารพืชค่อยๆสะสม ประมาณ 350 ปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ แจน เฮลมอนต์ ทดลองเกี่ยวกับการศึกษาธาตุอาหารพืชเป็นครั้งแรก เขาปลูกต้นวิลโลว์ในหม้อดินที่เต็มไปด้วยดิน โดยเติมแต่น้ำเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์ชั่งน้ำหนักใบไม้ที่ร่วงหล่นอย่างระมัดระวัง หลังจากผ่านไปห้าปี มวลของต้นวิลโลว์และใบไม้ที่ร่วงหล่นเพิ่มขึ้น 74.5 กก. และมวลของดินลดลงเพียง 57 กรัม จากนี้ Helmont ได้ข้อสรุปว่าสารทั้งหมดในพืชไม่ได้เกิดขึ้นจากดิน แต่มาจากน้ำ ความคิดเห็นที่ว่าพืชมีขนาดเพิ่มขึ้นเพียงเพราะน้ำยังคงอยู่จนถึงปลายศตวรรษที่ 18

ในปี พ.ศ. 2314 โจเซฟ พรีสต์ลีย์ นักเคมีชาวอังกฤษ ศึกษาคาร์บอนไดออกไซด์ หรือที่เขาเรียกว่า “อากาศเสีย” และค้นพบสิ่งที่น่าทึ่ง หากคุณจุดเทียนแล้วคลุมด้วยฝาแก้ว หลังจากนั้นเทียนจะไหม้เล็กน้อยก็จะดับลง หนูที่อยู่ใต้ฝากระโปรงเริ่มหายใจไม่ออก อย่างไรก็ตามหากคุณวางกิ่งมิ้นต์ไว้ใต้หมวกด้วยเมาส์ หนูจะไม่หายใจไม่ออกและยังมีชีวิตอยู่ต่อไป ซึ่งหมายความว่าพืช "แก้ไข" อากาศที่เน่าเสียจากการหายใจของสัตว์นั่นคือพวกมันเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์เป็นออกซิเจน

ในปี 1862 นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมัน Julius Sachs ได้พิสูจน์ผ่านการทดลองว่าพืชสีเขียวไม่เพียงแต่ผลิตออกซิเจนเท่านั้น แต่ยังสร้างสารอินทรีย์ที่ทำหน้าที่เป็นอาหารของสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ทั้งหมดอีกด้วย

การสังเคราะห์ด้วยแสง

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างพืชสีเขียวกับสิ่งมีชีวิตอื่นคือการมีคลอโรพลาสต์ที่มีคลอโรฟิลล์อยู่ในเซลล์ คลอโรฟิลล์มีคุณสมบัติในการจับแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นพลังงานที่จำเป็นสำหรับการสร้างสารอินทรีย์ กระบวนการสร้างอินทรียวัตถุจากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์เรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง (แสงกรีก pbo1os) ในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงไม่เพียงแต่สร้างสารอินทรีย์ - น้ำตาลเท่านั้น แต่ยังมีการปล่อยออกซิเจนด้วย

แผนผังกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถอธิบายได้ดังต่อไปนี้:

น้ำถูกรากดูดซับและเคลื่อนผ่านระบบนำไฟฟ้าของรากและลำต้นไปยังใบ คาร์บอนไดออกไซด์เป็นส่วนประกอบของอากาศ มันเข้าสู่ใบผ่านปากใบเปิด การดูดซึมคาร์บอนไดออกไซด์ได้รับการอำนวยความสะดวกโดยโครงสร้างของใบ: พื้นผิวเรียบของใบมีดซึ่งเพิ่มพื้นที่สัมผัสกับอากาศและการมีปากใบจำนวนมากในผิวหนัง

น้ำตาลที่เกิดขึ้นจากการสังเคราะห์ด้วยแสงจะถูกแปลงเป็นแป้ง แป้งเป็นสารอินทรีย์ที่ไม่ละลายในน้ำ สามารถตรวจพบ Kgo ได้อย่างง่ายดายโดยใช้สารละลายไอโอดีน

หลักฐานการเกิดแป้งในใบที่โดนแสง

ให้เราพิสูจน์ว่าในใบสีเขียวของพืชแป้งนั้นเกิดขึ้นจากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ หากต้องการทำเช่นนี้ ให้พิจารณาการทดลองที่ครั้งหนึ่งเคยทำโดย Julius Sachs

ต้นไม้ในบ้าน (เจอเรเนียมหรือพริมโรส) จะถูกเก็บไว้ในที่มืดเป็นเวลาสองวันเพื่อให้แป้งทั้งหมดถูกใช้หมดไปในกระบวนการสำคัญ จากนั้นใบหลายใบจะถูกปิดทั้งสองด้านด้วยกระดาษสีดำเพื่อให้ครอบคลุมเพียงบางส่วนเท่านั้น ในระหว่างวัน ต้นไม้จะได้รับแสงสว่าง และในเวลากลางคืนจะมีการส่องสว่างเพิ่มเติมโดยใช้โคมไฟตั้งโต๊ะ

หลังจากผ่านไปหนึ่งวันใบไม้ที่อยู่ระหว่างการศึกษาจะถูกตัดออก หากต้องการทราบว่าแป้งในใบส่วนใดก่อตัวขึ้น ให้ต้มใบในน้ำ (เพื่อทำให้เมล็ดแป้งพองขึ้น) แล้วนำไปแช่ในแอลกอฮอล์ร้อน (คลอโรฟิลล์ละลายและใบเปลี่ยนสี) จากนั้นใบจะถูกล้างในน้ำและบำบัดด้วยสารละลายไอโอดีนอ่อน ๆ ดังนั้นบริเวณใบไม้ที่ถูกแสงจะได้สีฟ้าจากการกระทำของไอโอดีน ซึ่งหมายความว่าแป้งถูกสร้างขึ้นในเซลล์ของส่วนที่ส่องสว่างของใบไม้ ดังนั้นการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงเกิดขึ้นเฉพาะในแสงเท่านั้น

หลักฐานความต้องการคาร์บอนไดออกไซด์ในการสังเคราะห์ด้วยแสง

เพื่อพิสูจน์ว่าคาร์บอนไดออกไซด์จำเป็นต่อการก่อตัวของแป้งในใบ ในบ้านจึงถูกเก็บในที่มืดก่อน จากนั้นนำใบหนึ่งใบใส่ขวดใส่น้ำมะนาวเล็กน้อย ขวดปิดด้วยสำลีพันก้าน พืชได้รับแสง น้ำมะนาวจะดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ไว้จึงไม่อยู่ในขวด ใบไม้ถูกตัดออกและตรวจดูว่ามีแป้งหรือไม่ เช่นเดียวกับการทดลองครั้งก่อน เก็บไว้ในน้ำร้อนและแอลกอฮอล์ และบำบัดด้วยสารละลายไอโอดีน อย่างไรก็ตามในกรณีนี้ผลลัพธ์ของการทดสอบจะแตกต่างออกไป: ใบไม้ไม่เปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินเพราะว่า ไม่มีแป้ง ดังนั้นสำหรับการก่อตัวของแป้ง นอกจากแสงและน้ำแล้ว ยังจำเป็นต้องมีคาร์บอนไดออกไซด์อีกด้วย

ดังนั้นเราจึงตอบคำถามว่าพืชได้รับอาหารอะไรจากอากาศ ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ จำเป็นสำหรับการก่อตัวของอินทรียวัตถุ

สิ่งมีชีวิตที่สร้างสารอินทรีย์เพื่อสร้างร่างกายอย่างอิสระเรียกว่าออโตโทรฟามเนส (รถยนต์กรีก - ตัวมันเอง ถ้วยรางวัล - อาหาร)

หลักฐานการผลิตออกซิเจนระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

เพื่อพิสูจน์ว่าในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชจะปล่อยออกซิเจนออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก ให้พิจารณาการทดลองกับพืชน้ำเอโลเดีย หน่อของ Elodea จะถูกจุ่มลงในภาชนะที่มีน้ำและมีกรวยอยู่ด้านบน วางหลอดทดลองที่เต็มไปด้วยน้ำที่ปลายกรวย พืชได้รับแสงเป็นเวลาสองถึงสามวัน เมื่ออยู่ภายใต้แสง เอโลเดียจะทำให้เกิดฟองก๊าซ พวกมันสะสมที่ด้านบนของหลอดทดลองเพื่อแทนที่น้ำ เพื่อที่จะค้นหาว่าเป็นก๊าซชนิดใด ให้นำหลอดทดลองออกอย่างระมัดระวังและมีเศษที่คุกรุ่นอยู่เข้าไป สะเก็ดไฟกระพริบอย่างสดใส ซึ่งหมายความว่าออกซิเจนสะสมอยู่ในขวดเพื่อสนับสนุนการเผาไหม้

บทบาทจักรวาลของพืช

พืชที่มีคลอโรฟิลล์สามารถดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ได้ ดังนั้น K.A. Timiryazev เรียกบทบาทของพวกเขาในจักรวาลโลก พลังงานแสงอาทิตย์บางส่วนที่เก็บไว้ในอินทรียวัตถุสามารถเก็บไว้ได้เป็นเวลานาน ถ่านหิน พีท น้ำมันเกิดจากสารที่ในสมัยทางธรณีวิทยาโบราณถูกสร้างขึ้นโดยพืชสีเขียวและดูดซับพลังงานของดวงอาทิตย์ โดยการเผาวัสดุที่ติดไฟได้ตามธรรมชาติ บุคคลจะปล่อยพลังงานที่พืชสีเขียวเก็บไว้เมื่อหลายล้านปีก่อน