- การสังเคราะห์ด้วยแสงคืออะไร?
- ประเภทของการสังเคราะห์ด้วยแสง
- ลักษณะการสังเคราะห์ด้วยแสง
- สมการการสังเคราะห์ด้วยแสง
- เฟสของการสังเคราะห์ด้วยแสง
- ความสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสง
เราอธิบายว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงคืออะไร ลักษณะ สมการ และเฟสของมัน อีกทั้งเหตุใดจึงมีความสำคัญต่อระบบนิเวศของโลก
การสังเคราะห์ด้วยแสงคืออะไร?
การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการทางชีวเคมีโดยที่ พืช, สาหร่ายและ แบคทีเรีย แปลงสังเคราะห์แสง วัสดุอนินทรีย์ (คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ) ใน วัสดุอินทรีย์ (น้ำตาล) ใช้ประโยชน์จาก พลังงาน มาจาก แสงแดด. นี่คือกลไกหลักของ โภชนาการ ของทั้งหมด สิ่งมีชีวิต autotrophic ที่มีคลอโรฟิลล์ซึ่งเป็นเม็ดสีที่จำเป็นสำหรับกระบวนการสังเคราะห์แสง
การสังเคราะห์ด้วยแสงถือเป็นหนึ่งในกลไกทางชีวเคมีที่สำคัญที่สุดในโลก เพราะมันเกี่ยวข้องกับการผลิตสารอาหารอินทรีย์ที่เก็บ พลังงานแสง มาจาก ดวงอาทิตย์ ไม่แยแส โมเลกุล มีประโยชน์ (คาร์โบไฮเดรต) อันที่จริง ชื่อของกระบวนการนี้มาจากเสียงภาษากรีก รูปถ่าย, "แสงและ สังเคราะห์, "องค์ประกอบ".
หลังจากการสังเคราะห์ด้วยแสง โมเลกุลอินทรีย์ที่สังเคราะห์ขึ้นสามารถใช้เป็นแหล่งของ พลังงานเคมี เพื่อสนับสนุนกระบวนการที่สำคัญ เช่น การหายใจระดับเซลล์ และปฏิกิริยาอื่นๆ ที่เป็นส่วนหนึ่งของ เมแทบอลิซึม ของ สิ่งมีชีวิต.
ในการสังเคราะห์แสงจำเป็นต้องมีคลอโรฟิลล์ ซึ่งเป็นเม็ดสีที่ไวต่อแสงแดด ซึ่งทำให้พืชและสาหร่ายมีสีเขียวตามลักษณะเฉพาะ เม็ดสีนี้พบในคลอโรพลาสต์ ออร์แกเนลล์เซลล์ขนาดต่างๆ ที่เป็นแบบฉบับของ เซลล์ผักโดยเฉพาะเซลล์ทางใบ (ของใบ) คลอโรพลาสต์ประกอบด้วย โปรตีน Y เอนไซม์ ที่ช่วยให้เกิดปฏิกิริยาที่ซับซ้อนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการสังเคราะห์แสง
กระบวนการสังเคราะห์แสงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ ระบบนิเวศ และสำหรับ ชีวิต อย่างที่เราทราบกันดีอยู่แล้ว เพราะมันช่วยสร้างและหมุนเวียนอินทรียวัตถุและการตรึงของอนินทรีย์ นอกจากนี้ ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงด้วยออกซิเจน ออกซิเจนที่สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ต้องการสำหรับการผลิตจะถูกสร้างขึ้น การหายใจ.
ประเภทของการสังเคราะห์ด้วยแสง
สามารถจำแนกการสังเคราะห์ด้วยแสงได้สองประเภทขึ้นอยู่กับสารที่ร่างกายใช้เพื่อทำปฏิกิริยา:
- การสังเคราะห์ด้วยแสงด้วยออกซิเจน โดดเด่นด้วยการใช้ น้ำ (H2O) สำหรับการลดลงของ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) บริโภค ในการสังเคราะห์ด้วยแสงประเภทนี้ ไม่เพียงแต่เป็นน้ำตาลที่มีประโยชน์ซึ่งผลิตขึ้นสำหรับร่างกายเท่านั้น แต่ยังได้รับออกซิเจน (O2) เป็นผลผลิตจากปฏิกิริยาด้วย พืช สาหร่าย และไซยาโนแบคทีเรียทำการสังเคราะห์ด้วยแสงด้วยออกซิเจน
- การสังเคราะห์ด้วยแสงจากออกซิเจน ร่างกายไม่ได้ใช้น้ำเพื่อลดคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) แต่ใช้แสงแดดเพื่อสลายไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) หรือโมเลกุลของก๊าซไฮโดรเจน (H2) แทน การสังเคราะห์ด้วยแสงประเภทนี้ไม่ได้ผลิตออกซิเจน (O2) แต่จะปล่อยกำมะถันเป็นผลผลิตจากปฏิกิริยา การสังเคราะห์ด้วยแสงของ Anoxygenic ดำเนินการโดยแบคทีเรียกำมะถันสีเขียวและสีม่วงซึ่งมีเม็ดสีสังเคราะห์แสงที่จัดกลุ่มภายใต้ชื่อแบคทีเรียซึ่งแตกต่างจากคลอโรฟิลล์ของพืช
ลักษณะการสังเคราะห์ด้วยแสง
ในพืชและสาหร่าย การสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นในออร์แกเนลล์ที่เรียกว่าคลอโรพลาสต์
โดยทั่วไป การสังเคราะห์ด้วยแสงมีลักษณะดังนี้:
- เป็นกระบวนการทางชีวเคมีที่ใช้ประโยชน์จากแสงแดดเพื่อให้ได้สารประกอบอินทรีย์ กล่าวคือ การสังเคราะห์สารอาหารจากธาตุอนินทรีย์ เช่น น้ำ (H2O) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2)
- สามารถทำได้หลากหลาย สิ่งมีชีวิต autotrophicตราบใดที่พวกมันมีเม็ดสีสังเคราะห์แสง (ที่สำคัญที่สุดคือคลอโรฟิลล์) เป็นกระบวนการทางโภชนาการของพืช (ทั้งบนบกและในน้ำ) สาหร่าย แพลงก์ตอนพืช, แบคทีเรียสังเคราะห์แสง บางส่วน สัตว์ มีความสามารถในการสังเคราะห์แสงรวมทั้งทากทะเล Elysia chlorotica และซาลาแมนเดอร์ลายจุด แอมบีสโตมา แมคคูลาตัม (อันหลังต้องขอบคุณ ซิมไบโอซิส กับสาหร่าย)
- ในพืชและสาหร่าย การสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นในออร์แกเนลล์พิเศษที่เรียกว่าคลอโรพลาสต์ ซึ่งพบคลอโรฟิลล์ แบคทีเรียที่สังเคราะห์แสงยังมีคลอโรฟิลล์ (หรือสีอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน) แต่ไม่มีคลอโรพลาสต์
- การสังเคราะห์ด้วยแสงมีอยู่ 2 ประเภท ขึ้นอยู่กับสารที่ใช้ในการตรึงคาร์บอนจากคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) การสังเคราะห์ด้วยแสงด้วยออกซิเจนใช้น้ำ (H2O) และผลิตออกซิเจน (O2) ซึ่งถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมโดยรอบ การสังเคราะห์ด้วยแสงจากออกซิเจนใช้ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) หรือก๊าซไฮโดรเจน (H2) และไม่ผลิตออกซิเจน แต่จะปล่อยกำมะถันออกมาแทน
- ตั้งแต่สมัยกรีกโบราณ ความสัมพันธ์ระหว่างแสงแดดกับพืชได้รับการพิสูจน์แล้ว อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าในการศึกษาและความเข้าใจเกี่ยวกับการสังเคราะห์ด้วยแสงเริ่มมีความสำคัญขึ้นด้วยการมีส่วนร่วมของนักวิทยาศาสตร์ชุดต่อเนื่องจากศตวรรษที่ 18, 19 และ 20 ตัวอย่างเช่น คนแรกที่แสดงให้เห็นถึงการสร้างออกซิเจนในพืชคือนักบวชชาวอังกฤษ โจเซฟ พรีสลีย์ (ค.ศ. 1732-1804) และคนแรกที่จัดทำสมการพื้นฐานของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือนักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมัน เฟอร์ดินานด์ แซคส์ (ค.ศ. 1832-1897) ต่อมา ชีวเคมี American Melvin Calvin (พ.ศ. 2454-2540) มีส่วนสนับสนุนอย่างมากอีกประการหนึ่งทำให้วงจร Calvin กระจ่าง (ขั้นตอนหนึ่งของการสังเคราะห์ด้วยแสง) ซึ่งทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขา เคมี ในปี พ.ศ. 2504
สมการการสังเคราะห์ด้วยแสง
สมการทั่วไปสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงด้วยออกซิเจนมีดังนี้:
วิธีที่ถูกต้องในการกำหนดสมการนี้ในเชิงเคมี กล่าวคือ สมการสมดุลสำหรับปฏิกิริยานี้มีดังต่อไปนี้
เฟสของการสังเคราะห์ด้วยแสง
การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการทางเคมีเกิดขึ้นในสองขั้นตอนที่แตกต่างกัน: ระยะแสง (หรือแสง) และระยะมืดที่เรียกว่าเพราะมีเพียงครั้งแรกเท่านั้นที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการปรากฏตัวของแสงแดด (ซึ่งไม่ได้หมายความว่าครั้งที่สองจำเป็นต้องเกิดขึ้นในความมืด ).
- ระยะแสงหรือโฟโตเคมี ในระหว่างระยะนี้ ปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสงจะเกิดขึ้นภายในโรงงาน กล่าวคือ พืชจะจับ พลังงานแสงอาทิตย์ โดยใช้คลอโรฟิลล์และนำไปใช้ผลิต ATP และ NADPH ทุกอย่างเริ่มต้นเมื่อโมเลกุลคลอโรฟิลล์สัมผัสกับรังสีดวงอาทิตย์และ อิเล็กตรอน ของเปลือกนอกถูกกระตุ้น ซึ่งสร้างห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน (คล้ายกับ ไฟฟ้า) ซึ่งใช้สำหรับการสังเคราะห์ ATP (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต) และ NADPH (นิโคติน อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์ ฟอสเฟต) การสลายตัวของโมเลกุลน้ำในกระบวนการที่เรียกว่า "โฟโตไลซิส" ทำให้โมเลกุลคลอโรฟิลล์ดึงอิเล็กตรอนที่สูญเสียไปเมื่อถูกตื่นเต้นกลับคืนมา (การกระตุ้นของโมเลกุลคลอโรฟิลล์หลายๆ อันเป็นผลมาจากโฟโตไลซิสของโมเลกุลของน้ำ 2 โมเลกุล โมเลกุลออกซิเจนจึงถูกปล่อยออกสู่ บรรยากาศ เป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์แสงในระยะนี้
- เวทีมืดหรือสังเคราะห์ ในระยะนี้ซึ่งเกิดขึ้นในเมทริกซ์หรือสโตรมาของคลอโรพลาสต์ พืชจะใช้คาร์บอนไดออกไซด์และใช้ประโยชน์จากโมเลกุลที่สร้างขึ้นในช่วงก่อนหน้า (พลังงานเคมี) เพื่อสังเคราะห์ สาร สารอินทรีย์ผ่านวงจรของปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อนสูงที่เรียกว่า วัฏจักรคาลวิน-เบ็นสัน. ในระหว่างวัฏจักรนี้ และโดยการแทรกแซงของเอ็นไซม์ต่าง ๆ ซึ่งก่อตัวขึ้นก่อนหน้านี้คือ ATP และ NADPH กลูโคสจะถูกสังเคราะห์จากคาร์บอนไดออกไซด์ที่พืชนำมาจากชั้นบรรยากาศ การรวมตัวของคาร์บอนไดออกไซด์ใน สารประกอบ อินทรีย์เรียกว่าการตรึงคาร์บอน
ความสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสง
การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการที่สำคัญและเป็นศูนย์กลางในชีวมณฑลด้วยเหตุผลหลายประการ ประการแรกและชัดเจนที่สุดคือมันผลิตออกซิเจน (O2) ซึ่งเป็นก๊าซที่จำเป็นสำหรับการหายใจทั้งในน้ำและในน้ำ อากาศ. หากไม่มีพืช สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ (รวมถึง มนุษย์) พวกเขาไม่สามารถอยู่รอดได้
ในทางกลับกัน โดยการดูดซับจากสิ่งแวดล้อมโดยรอบ พืชจะแก้ไขคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) แปลงเป็นอินทรียวัตถุ ก๊าซนี้ที่เราหายใจออกเมื่อเราหายใจเข้าไป อาจเป็นพิษได้หากไม่ได้ควบคุมไว้ภายในขอบเขตที่กำหนด
เพราะพืชใช้คาร์บอนไดออกไซด์ในการผลิตเอง อาหารการลดลงของชีวิตพืชบนโลกส่งผลต่อการเพิ่มขึ้นของก๊าซในชั้นบรรยากาศซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวแทนของ ภาวะโลกร้อน. ตัวอย่างเช่น CO2 ทำหน้าที่เป็นก๊าซของ ภาวะเรือนกระจก,ป้องกันส่วนเกิน ความร้อน ที่ไปถึง โลก แผ่ออกมาจากชั้นบรรยากาศ คาดว่าในแต่ละปีสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงจะจับจ้องเป็นสารอินทรีย์ที่มีคาร์บอนประมาณ 100,000 ล้านตัน