การสังเคราะห์ด้วยแสง: กระบวนการสิ่งมีชีวิตประเภทปัจจัยและหน้าที่ - ชีววิทยา - 2025

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการทางชีววิทยาที่แสงแดดถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีที่เก็บไว้ในโมเลกุลอินทรีย์ เป็นการเชื่อมต่อระหว่างพลังงานแสงอาทิตย์กับสิ่งมีชีวิตบนโลก

เมตาบอลิซึมพืชถูกจัดประเภทเป็นออโตโทรฟ นั่นหมายความว่าพวกมันไม่จำเป็นต้องบริโภคอาหารเพื่อความอยู่รอดสามารถสร้างมันขึ้นมาได้เองโดยการสังเคราะห์แสง พืชสาหร่ายและแบคทีเรียบางชนิดเป็นสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงได้โดยมีสีเขียวของเนื้อเยื่อหรือโครงสร้าง

การสังเคราะห์ด้วยแสง (ซ้าย) และการหายใจ (ขวา) ภาพด้านขวานำมาจาก BBC

กระบวนการนี้เกิดขึ้นในออร์แกเนลล์ที่เรียกว่าคลอโรพลาสต์: ช่องย่อยของเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีโปรตีนและเอนไซม์หลายชนิดที่ช่วยให้เกิดปฏิกิริยาที่ซับซ้อนได้ นอกจากนี้ยังเป็นสถานที่ทางกายภาพที่เก็บคลอโรฟิลล์ซึ่งเป็นเม็ดสีที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง

เส้นทางที่คาร์บอนใช้ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงเริ่มต้นด้วยคาร์บอนไดออกไซด์และลงท้ายด้วยโมเลกุลน้ำตาลเป็นที่รู้จักในรายละเอียดที่น่าชื่นชม ทางเดินในอดีตถูกแบ่งออกเป็นเฟสแสงและเฟสมืดโดยแยกออกจากกันในเชิงพื้นที่ในคลอโรพลาสต์

เฟสแสงเกิดขึ้นในเมมเบรนของคลอโรพลาสต์ไทลาคอยด์และเกี่ยวข้องกับการสลายโมเลกุลของน้ำให้เป็นออกซิเจนโปรตอนและอิเล็กตรอน หลังจะถูกถ่ายโอนผ่านเมมเบรนเพื่อสร้างแหล่งกักเก็บพลังงานในรูปแบบของ ATP และ NADPH ซึ่งจะใช้ในระยะต่อไป

ช่วงมืดของการสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์ ประกอบด้วยการเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO ₂ ) เป็นคาร์โบไฮเดรตโดยใช้เอนไซม์ของวัฏจักรคาลวิน - เบนสัน

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นเส้นทางสำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลกนี้โดยทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานและออกซิเจนเริ่มต้น สมมุติว่าหากการสังเคราะห์แสงหยุดทำงานเหตุการณ์การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ของสิ่งมีชีวิตที่“ สูงกว่า” ทั้งหมดจะเกิดขึ้นในเวลาเพียง 25 ปี

มุมมองทางประวัติศาสตร์

ที่มา: pixabay.com

ก่อนหน้านี้มีความคิดว่าพืชได้รับอาหารเนื่องจากฮิวมัสที่มีอยู่ในดินในลักษณะเดียวกับโภชนาการของสัตว์ ความคิดเหล่านี้มาจากนักปรัชญาโบราณเช่น Empedocles และ Aristotle พวกเขาสันนิษฐานว่ารากมีลักษณะเหมือนสายสะดือหรือ "ปาก" ที่เลี้ยงพืช

วิสัยทัศน์นี้เปลี่ยนไปเรื่อย ๆ เนื่องจากการทำงานหนักของนักวิจัยหลายสิบคนระหว่างศตวรรษที่สิบเจ็ดถึงสิบเก้าซึ่งเปิดเผยพื้นฐานของการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเกตกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเริ่มขึ้นเมื่อประมาณ 200 ปีที่แล้วเมื่อโจเซฟพรีสต์ลีย์สรุปว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นการย้อนกลับของการหายใจของเซลล์ นักวิจัยผู้นี้ค้นพบว่าออกซิเจนทั้งหมดที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศเกิดจากพืชโดยการสังเคราะห์ด้วยแสง

ต่อจากนั้นหลักฐานที่ชัดเจนก็เริ่มปรากฏให้เห็นถึงความต้องการน้ำคาร์บอนไดออกไซด์และแสงแดดเพื่อให้กระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 19 โมเลกุลของคลอโรฟิลล์ถูกแยกออกเป็นครั้งแรกและเป็นไปได้ที่จะเข้าใจว่าการสังเคราะห์แสงนำไปสู่การกักเก็บพลังงานเคมีได้อย่างไร

การดำเนินการตามแนวทางการบุกเบิกเช่นการวัดปริมาณก๊าซในการแลกเปลี่ยนก๊าซสามารถระบุแป้งเป็นผลิตภัณฑ์จากการสังเคราะห์ด้วยแสง นอกจากนี้การสังเคราะห์ด้วยแสงยังเป็นหัวข้อแรก ๆ ในชีววิทยาที่ศึกษาโดยใช้ไอโซโทปที่เสถียร

สมการสังเคราะห์ด้วยแสง

สูตรสังเคราะห์แสง

สมการทั่วไป

ในทางเคมีการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ที่สิ่งมีชีวิตบางชนิดถูกออกซิไดซ์และให้อิเล็กตรอนแก่สิ่งมีชีวิตอื่นที่ลดลง

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงทั่วไปสามารถสรุปได้ในสมการต่อไปนี้ H ₂ O + light + CO ₂ → CH ₂ O + O _2.โดยที่คำว่า CH ₂ O (หนึ่งในหกของโมเลกุลกลูโคส) หมายถึง สารประกอบอินทรีย์เรียกว่าน้ำตาลที่พืชจะใช้ในภายหลังเช่นซูโครสหรือแป้ง

เฟสแสงและมืด

เราสามารถแยกสมการนี้ออกเป็นสองสมการเฉพาะสำหรับแต่ละขั้นตอนของการสังเคราะห์ด้วยแสง: เฟสแสงและเฟสมืด

เราเป็นตัวแทนเฟสแสง: 2H ₂ O + แสง→ O2 + 4H ⁺ + 4e - ในทำนองเดียวกันระยะมืดเกี่ยวข้องกับความสัมพันธ์ต่อไปนี้: CO ₂ + 4H ⁺ + 4e− → CH ₂ O + H ₂ O

Δ

พลังงานอิสระ ( Δ G ° ) สำหรับปฏิกิริยาเหล่านี้คือ: +479 kJ · mol ^- 1, +317 kJ · mol ⁻¹และ +162 kJ · mol ⁻¹ตามลำดับ ตามที่แนะนำโดยอุณหพลศาสตร์เครื่องหมายบวกของค่าเหล่านี้แปลเป็นความต้องการพลังงานและเรียกว่ากระบวนการ endergonic

สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงได้รับพลังงานนี้มาจากไหนเพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้น? จากแสงแดด.

ควรกล่าวถึงว่าตรงกันข้ามกับการสังเคราะห์ด้วยแสงการหายใจแบบแอโรบิคเป็นกระบวนการที่ผิดปกติ - ในกรณีนี้ค่าของΔG°จะมาพร้อมกับเครื่องหมายลบ-ซึ่งสิ่งมีชีวิตจะใช้พลังงานที่ปล่อยออกมา ดังนั้นสมการคือ: CH ₂ O + O ₂ → CO ₂ + H ₂ O

มันเกิดขึ้นที่ไหน?

ในพืชส่วนใหญ่อวัยวะหลักที่กระบวนการเกิดขึ้นอยู่ในใบไม้ ในเนื้อเยื่อเหล่านี้เราพบโครงสร้างทรงกลมขนาดเล็กที่เรียกว่าปากใบซึ่งควบคุมการเข้าและออกของก๊าซ

เซลล์ที่ประกอบเป็นเนื้อเยื่อสีเขียวสามารถมีคลอโรพลาสต์ได้ถึง 100 เซลล์ ช่องเหล่านี้มีโครงสร้างโดยเยื่อหุ้มชั้นนอกสองแผ่นและเฟสที่เป็นน้ำเรียกว่าสโตรมาซึ่งเป็นที่ตั้งของระบบเมมเบรนที่สาม: ไทลาคอยด์

กระบวนการ (ขั้นตอน)

เฟสแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงเริ่มต้นด้วยการจับแสงโดยเม็ดสีที่มีอยู่มากที่สุดในโลกนั่นคือคลอโรฟิลล์ การดูดกลืนแสงส่งผลให้อิเล็กตรอนถูกกระตุ้นให้อยู่ในสถานะพลังงานที่สูงขึ้นซึ่งจะแปลงพลังงานจากดวงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมีที่มีศักยภาพ

ในเยื่อไธลาคอยด์เม็ดสีสังเคราะห์ด้วยแสงจะถูกจัดเป็นโฟโตเซนเทอร์ที่มีโมเลกุลของเม็ดสีหลายร้อยโมเลกุลซึ่งทำหน้าที่เป็นเสาอากาศที่ดูดซับแสงและถ่ายโอนพลังงานไปยังโมเลกุลของคลอโรฟิลล์เรียกว่า "ศูนย์ปฏิกิริยา"

ศูนย์ปฏิกิริยาประกอบด้วยโปรตีนทรานส์เมมเบรนที่จับกับไซโตโครม สิ่งนี้จะถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังโมเลกุลอื่น ๆ ในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนผ่านชุดของโปรตีนเมมเบรน ปรากฏการณ์นี้ควบคู่ไปกับการสังเคราะห์ ATP และ NADPH

โปรตีนที่เกี่ยวข้อง

โปรตีนถูกจัดเป็นคอมเพล็กซ์ต่างๆ สองในนั้นคือระบบภาพถ่าย I และ II ซึ่งรับผิดชอบในการดูดซับแสงและถ่ายโอนไปยังศูนย์ปฏิกิริยา กลุ่มที่สามประกอบด้วย cytochrome bf complex

พลังงานที่เกิดจากการไล่ระดับโปรตอนถูกใช้โดย ATP synthase ที่ซับซ้อนที่สี่ซึ่งจับคู่การไหลของโปรตอนกับการสังเคราะห์ ATP โปรดทราบว่าความแตกต่างที่เกี่ยวข้องมากที่สุดประการหนึ่งเกี่ยวกับการหายใจคือพลังงานไม่เพียงถูกแปลงเป็น ATP เท่านั้น แต่ยังรวมถึง NADPH ด้วย

photosystems

Photosystem ฉันประกอบด้วยโมเลกุลคลอโรฟิลที่มียอดการดูดซึมของ 700 นาโนเมตรจึงจะเรียกว่า P 700 ในทำนองเดียวกันยอดการดูดซึมของ photosystem II เป็น 680 ย่อ P 680

งานของ photosystem I คือการผลิต NADPH และ photosystem II คือการสังเคราะห์ ATP พลังงานที่ใช้โดย photosystem II มาจากการสลายโมเลกุลของน้ำปล่อยโปรตอนและสร้างการไล่ระดับสีใหม่บนเมมเบรนไทลาคอยด์

อิเล็กตรอนที่ได้จากการแตกจะถูกถ่ายโอนไปยังสารประกอบที่ละลายในไขมัน: plastoquinone ซึ่งเป็นพาหะของอิเล็กตรอนจาก photosystem II ไปยัง cytochrome bf complex ทำให้เกิดการสูบโปรตอนเพิ่มเติม

จาก photosystem II อิเล็กตรอนจะย้ายไปที่ plastocyanin และ photosystem I ซึ่งใช้อิเล็กตรอนพลังงานสูงเพื่อลด NADP ⁺เป็น NADPH ในที่สุดอิเล็กตรอนก็ไปถึงเฟอร์โรด็อกซินและสร้าง NADPH

การไหลเวียนของอิเล็กตรอน

มีทางเลือกอื่นที่การสังเคราะห์ ATP ไม่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ NADPH โดยทั่วไปเพื่อจัดหาพลังงานให้กับกระบวนการเผาผลาญที่จำเป็น ดังนั้นการตัดสินใจว่าจะสร้าง ATP หรือ NADPH ขึ้นอยู่กับความต้องการชั่วขณะของเซลล์

ปรากฏการณ์นี้เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ ATP โดยระบบภาพถ่าย I อิเล็กตรอนจะไม่ถูกถ่ายโอนไปยัง NADP ⁺แต่ไปยัง cytochrome bf complex ทำให้เกิดการไล่ระดับอิเล็กตรอน

พลาสโตไซยานินส่งคืนอิเล็กตรอนไปยังระบบภาพถ่าย I เสร็จสิ้นวงจรการขนส่งและสูบโปรตอนเข้าไปในไซโตโครมบีเอฟคอมเพล็กซ์

เม็ดสีอื่น ๆ

คลอโรฟิลล์ไม่ได้เป็นเพียงเม็ดสีเดียวที่พืชมี แต่ยังมีสิ่งที่เรียกว่า "เม็ดสีเสริม" ซึ่งรวมถึงแคโรทีนอยด์ด้วย

ในช่วงแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงการผลิตองค์ประกอบที่อาจเป็นอันตรายต่อเซลล์เช่น "ออกซิเจนสายเดี่ยว" เกิดขึ้น แคโรทีนอยด์มีหน้าที่ในการป้องกันการก่อตัวของสารประกอบหรือป้องกันไม่ให้ทำลายเนื้อเยื่อ

เม็ดสีเหล่านี้เป็นสิ่งที่เราสังเกตได้ในฤดูใบไม้ร่วงเมื่อใบไม้สูญเสียสีเขียวและเปลี่ยนเป็นสีเหลืองหรือสีส้มเนื่องจากพืชย่อยสลายคลอโรฟิลล์เพื่อให้ได้ไนโตรเจน

เฟสมืด

เป้าหมายของกระบวนการเริ่มต้นนี้คือการใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์ในการผลิต NADPH (Nicotinamide-Adenine-Dinucleotide-Phosphate หรือ "พลังงานลด") และ ATP (adenosine triphosphate หรือ "สกุลพลังงานของเซลล์") องค์ประกอบเหล่านี้จะถูกใช้ในระยะมืด

ก่อนที่จะอธิบายขั้นตอนทางชีวเคมีที่เกี่ยวข้องในระยะนี้จำเป็นต้องชี้แจงว่าแม้ว่าชื่อของมันจะเป็น "เฟสมืด" แต่ก็ไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้นในความมืดสนิท ในอดีตคำนี้พยายามอ้างถึงความเป็นอิสระของแสง กล่าวอีกนัยหนึ่งเฟสสามารถเกิดขึ้นได้ในที่ที่มีหรือไม่มีแสง

อย่างไรก็ตามเนื่องจากเฟสขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเฟสแสงซึ่งต้องใช้แสงจึงถูกต้องที่จะอ้างถึงลำดับขั้นตอนเหล่านี้ว่าเป็นปฏิกิริยาคาร์บอน

วงจร Calvin

ในระยะนี้วัฏจักรคาลวินหรือทางเดินคาร์บอนสามเกิดขึ้นซึ่งเป็นวิถีทางชีวเคมีที่อธิบายไว้ในปีพ. ศ. 2483 โดยเมลวินคาลวินนักวิจัยชาวอเมริกัน การค้นพบวัฏจักรนี้ได้รับรางวัลโนเบลในปีพ. ศ. 2504

โดยทั่วไปมีการอธิบายขั้นตอนพื้นฐานสามขั้นตอนของวัฏจักร: คาร์บอกซิเลชันของตัวรับ CO ₂การลดลงของ 3-phosphoglycerate และการสร้างตัวรับ CO ₂ใหม่

วัฏจักรเริ่มต้นด้วยการรวมตัวหรือ "ตรึง" ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ลดคาร์บอนเป็นคาร์โบไฮเดรตโดยการเพิ่มอิเล็กตรอนและใช้ NADPH เป็นพลังงานในการลด

ในแต่ละรอบวัฏจักรต้องการการรวมตัวกันของโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งทำปฏิกิริยากับไรบูโลสบิสฟอสเฟตทำให้เกิดสารประกอบคาร์บอนสามตัวสองตัวซึ่งจะลดลงและสร้างโมเลกุลไรบูโลสขึ้นมาใหม่ สามรอบของวัฏจักรส่งผลให้โมเลกุลของไกลเซอราลไฮด์ฟอสเฟต

ดังนั้นในการสร้างน้ำตาลคาร์บอนหกตัวเช่นกลูโคสจำเป็นต้องมีหกรอบ

สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสง

ความสามารถในการสังเคราะห์แสงของสิ่งมีชีวิตปรากฏในสองโดเมนประกอบด้วยแบคทีเรียและยูคาริโอต จากหลักฐานนี้บุคคลที่ประกอบไปด้วยโดเมนอาร์เคียจะปราศจากวิถีทางชีวเคมีนี้

สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสงปรากฏขึ้นเมื่อประมาณ 3.2 ถึง 3.5 พันล้านปีก่อนเป็นสโตรมาโทไลต์ที่มีโครงสร้างคล้ายกับไซยาโนแบคทีเรียในปัจจุบัน

ตามเหตุผลแล้วไม่สามารถจดจำสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสงได้ในบันทึกฟอสซิล อย่างไรก็ตามการอนุมานสามารถพิจารณาได้โดยคำนึงถึงลักษณะทางสัณฐานวิทยาหรือบริบททางธรณีวิทยา

ในความสัมพันธ์กับแบคทีเรียความสามารถในการรับแสงแดดและเปลี่ยนเป็นน้ำตาลดูเหมือนจะกระจายอยู่ทั่วไปใน Phyla ต่างๆแม้ว่าจะไม่มีรูปแบบการวิวัฒนาการที่ชัดเจน

เซลล์สังเคราะห์แสงแบบดั้งเดิมที่สุดพบในแบคทีเรีย พวกมันมีรงควัตถุแบคเทอริโอคลอโรฟิลล์ไม่ใช่คลอโรฟิลล์จากพืชสีเขียวที่รู้จักกันดี

กลุ่มแบคทีเรียที่สังเคราะห์ด้วยแสง ได้แก่ ไซยาโนแบคทีเรียโปรโตแบคทีเรียแบคทีเรียสีเขียวกำมะถันเฟิร์มบิคิวต์โฟโตโทรฟที่ไม่เป็นพิษและกรดแบคทีเรีย

สำหรับพืชพวกมันทั้งหมดมีความสามารถในการสังเคราะห์แสง ในความเป็นจริงมันเป็นลักษณะเด่นที่สุดของกลุ่มนี้

ประเภทของการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงออกซิเจนและออกซิเจน

การสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถจำแนกได้หลายวิธี การจำแนกประเภทแรกจะพิจารณาว่าสิ่งมีชีวิตใช้น้ำเพื่อลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือไม่ ดังนั้นเราจึงมีสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงด้วยออกซิเจนซึ่งรวมถึงพืชสาหร่ายและไซยาโนแบคทีเรีย

ในทางตรงกันข้ามเมื่อร่างกายไม่ใช้น้ำพวกมันจะถูกเรียกว่าสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสงแบบ anoxygenic กลุ่มนี้รวมถึงแบคทีเรียสีเขียวและสีม่วงตัวอย่างเช่นสกุลคลอโรเบียมและโครเมียมซึ่งใช้ก๊าซซัลเฟอร์หรือไฮโดรเจนเพื่อลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

แบคทีเรียเหล่านี้ไม่สามารถใช้การสังเคราะห์แสงเมื่อมีออกซิเจนได้พวกมันต้องการสภาพแวดล้อมที่ไม่ใช้ออกซิเจน ดังนั้นการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงไม่นำไปสู่การสร้างออกซิเจนดังนั้นจึงมีชื่อว่า“ anoxygenic”

ประเภทของการเผาผลาญค

การสังเคราะห์แสงสามารถจำแนกได้ตามการปรับตัวทางสรีรวิทยาของพืช

ในยูคาริโอตสังเคราะห์แสงการลด CO _{2 ที่}มาจากบรรยากาศเป็นคาร์โบไฮเดรตเกิดขึ้นในวัฏจักรคาลวิน กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยเอนไซม์รูบิสโก (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase / oxygenase) และสารประกอบเสถียรแรกที่เกิดขึ้นคือกรด 3-phosphoglyceric โดยมีคาร์บอนสามตัว

ภายใต้สภาวะความเครียดจากความร้อนเรียกว่าการแผ่รังสีสูงหรือความแห้งแล้งเอนไซม์รูบิสโกไม่สามารถแยกความแตกต่างระหว่าง O ₂และ CO ₂ได้ ปรากฏการณ์นี้ทำให้ประสิทธิภาพในการสังเคราะห์แสงลดลงอย่างเห็นได้ชัดและเรียกว่า photorespiration

ด้วยเหตุผลเหล่านี้จึงมีพืชที่มีเมตาบอลิซึมสังเคราะห์แสงพิเศษซึ่งช่วยให้พวกมันหลีกเลี่ยงความไม่สะดวกนี้

การเผาผลาญ C4

เมแทบอลิซึมประเภท C ₄มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้คาร์บอนไดออกไซด์เข้มข้น ก่อนที่รูบิสโกจะออกฤทธิ์โรงงาน C ₄จะทำการผลิตคาร์บอกซิเลชันครั้งแรกโดย PEPC

สังเกตว่ามีการแยกเชิงพื้นที่ระหว่างคาร์บอกซิเลชันทั้งสอง C ₄พืชมีความโดดเด่นโดยมี“Kranz” หรือลักษณะทางกายวิภาคของพระมหากษัตริย์ที่เกิดขึ้นจากเซลล์ mesophyll และสังเคราะห์ซึ่งแตกต่างจากเซลล์เหล่านี้ปกติหรือ C ₃การสังเคราะห์แสง

ในเซลล์เหล่านี้คาร์บอกซิเลชันแรกเกิดขึ้นโดย PEPC โดยให้เป็นผลิตภัณฑ์ออกซาโลอะซีเตตซึ่งลดลงเป็น malate กระจายไปยังเซลล์ฝักที่กระบวนการ decarboxylation เกิดขึ้นสร้าง CO นี้2 คาร์บอนไดออกไซด์ถูกใช้ในคาร์บอกซิเลชันที่สองซึ่งกำกับโดยรูบิสโก

การสังเคราะห์ด้วยแสง CAM

การสังเคราะห์ด้วยแสง CAM หรือการเผาผลาญกรดของ crassulaceae เป็นการปรับตัวของพืชที่อาศัยอยู่ในสภาพอากาศที่แห้งมากและเป็นเรื่องปกติของพืชเช่นสับปะรดกล้วยไม้คาร์เนชั่นเป็นต้น

การดูดซึมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในพืช CAM เกิดขึ้นในเวลากลางคืนเนื่องจากการสูญเสียน้ำเนื่องจากการเปิดปากใบจะน้อยกว่าในเวลากลางวัน

CO ₂รวมกับ PEP ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดย PEPC กลายเป็นกรดมาลิก ผลิตภัณฑ์นี้จะถูกเก็บไว้ในแวคิวโอลที่ปล่อยเนื้อหาออกมาในเวลาเช้าจากนั้นจะถูกแยกออกจากกันและ CO ₂จะถูกรวมเข้ากับวัฏจักรคาลวิน

ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง

ในบรรดาปัจจัยแวดล้อมที่แทรกแซงประสิทธิภาพของการสังเคราะห์ด้วยแสงสิ่งที่โดดเด่นดังต่อไปนี้: ปริมาณ CO ₂และแสงในปัจจุบันอุณหภูมิการสะสมของผลิตภัณฑ์สังเคราะห์แสงปริมาณออกซิเจนและปริมาณน้ำที่มีอยู่

ปัจจัยเฉพาะของพืชยังมีบทบาทพื้นฐานเช่นอายุและสถานะการเจริญเติบโต

ความเข้มข้นของ CO ₂ในสิ่งแวดล้อมต่ำ (ไม่เกิน 0.03% ของปริมาตร) ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงที่น้อยที่สุดใด ๆ จึงมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการสังเคราะห์แสง นอกจากนี้พืชมีความสามารถเพียง 70 ถึง 80% ของคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่

หากไม่มีข้อ จำกัด โดยตัวแปรอื่น ๆ ที่กล่าวถึงเราจะพบว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงจะขึ้นอยู่กับปริมาณ CO _{2 ที่}มีอยู่

ในทำนองเดียวกันความเข้มของแสงก็มีความสำคัญ ในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มต่ำกระบวนการหายใจจะสังเคราะห์แสงได้ดีกว่า ด้วยเหตุนี้การสังเคราะห์ด้วยแสงจึงมีบทบาทมากขึ้นในชั่วโมงที่ความเข้มของแสงอาทิตย์สูงเช่นชั่วโมงแรกของตอนเช้า

พืชบางชนิดอาจได้รับผลกระทบมากกว่าพืชชนิดอื่น ตัวอย่างเช่นหญ้าอาหารสัตว์ไม่ไวต่ออุณหภูมิ

คุณสมบัติ

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการสำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกใบนี้ ทางเดินนี้มีหน้าที่ในการรองรับสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบโดยเป็นแหล่งกำเนิดของออกซิเจนและเป็นฐานของห่วงโซ่อาหารที่มีอยู่ทั้งหมดเนื่องจากช่วยในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมี

กล่าวอีกนัยหนึ่งการสังเคราะห์ด้วยแสงทำให้เกิดออกซิเจนที่เราหายใจตามที่กล่าวไว้ข้างต้นองค์ประกอบนั้นเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการและอาหารที่เราบริโภคในชีวิตประจำวัน สิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมดใช้สารประกอบอินทรีย์ที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นแหล่งพลังงาน

โปรดทราบว่าสิ่งมีชีวิตประเภทแอโรบิคสามารถดึงพลังงานจากสารประกอบอินทรีย์ที่เกิดจากการสังเคราะห์ด้วยแสงเฉพาะในกรณีที่มีออกซิเจนซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากกระบวนการนี้ด้วย

ในความเป็นจริงการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมาก (200 พันล้านตัน) ให้เป็นสารประกอบอินทรีย์ได้ สำหรับออกซิเจนการผลิตคาดว่าจะอยู่ในช่วง 140 พันล้านตัน

นอกจากนี้การสังเคราะห์ด้วยแสงยังให้พลังงานส่วนใหญ่แก่เรา (ประมาณ 87% ของจำนวนนี้) ที่มนุษยชาติใช้เพื่อความอยู่รอดในรูปของเชื้อเพลิงสังเคราะห์ด้วยแสงจากฟอสซิล

วิวัฒนาการ

รูปแบบชีวิตสังเคราะห์แสงแรก

ในแง่ของวิวัฒนาการการสังเคราะห์ด้วยแสงดูเหมือนจะเป็นกระบวนการที่เก่าแก่มาก มีหลักฐานจำนวนมากที่ระบุที่มาของเส้นทางนี้ใกล้กับรูปแบบแรกของชีวิต

เกี่ยวกับต้นกำเนิดในยูคาริโอตมีหลักฐานมากมายที่เสนอว่าเอนโดซิมไบโอซิสเป็นคำอธิบายที่เป็นไปได้มากที่สุดสำหรับกระบวนการนี้

ดังนั้นสิ่งมีชีวิตที่ชวนให้นึกถึงไซยาโนแบคทีเรียอาจกลายเป็นคลอโรพลาสต์ได้เนื่องจากความสัมพันธ์ของเอนโดซิมไบโอติกกับโปรคาริโอตที่มีขนาดใหญ่กว่า ด้วยเหตุนี้ต้นกำเนิดวิวัฒนาการของการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงเกิดในโดเมนของแบคทีเรียและสามารถแพร่กระจายได้เนื่องจากเหตุการณ์การถ่ายโอนยีนในแนวนอนครั้งใหญ่และซ้ำซาก

บทบาทของออกซิเจนในวิวัฒนาการ

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการแปลงพลังงานของแสงผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสงได้กำหนดสภาพแวดล้อมปัจจุบันของดาวเคราะห์โลก การสังเคราะห์ด้วยแสงถูกมองว่าเป็นนวัตกรรมเสริมสร้างบรรยากาศด้วยออกซิเจนและปฏิวัติพลังของรูปแบบชีวิต

เมื่อการปลดปล่อย O _{2 เริ่มขึ้น}โดยสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสงตัวแรกมันอาจจะละลายในน้ำของมหาสมุทรจนกว่ามันจะอิ่มตัว นอกจากนี้ออกซิเจนยังสามารถทำปฏิกิริยากับเหล็กโดยตกตะกอนในรูปของเหล็กออกไซด์ซึ่งปัจจุบันเป็นแหล่งแร่ธาตุอันล้ำค่า

ออกซิเจนส่วนเกินเข้าสู่ชั้นบรรยากาศจนไปมีสมาธิในที่สุด ความเข้มข้นของ O _{2 ที่}เพิ่มขึ้นอย่างมากนี้มีผลกระทบที่สำคัญ: ความเสียหายต่อโครงสร้างทางชีววิทยาและเอนไซม์ประณามกลุ่มโปรคาริโอตหลายกลุ่ม

ในทางตรงกันข้ามกลุ่มอื่น ๆ ได้แสดงการปรับตัวเพื่ออาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยออกซิเจนใหม่ซึ่งมีรูปร่างโดยสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งอาจเป็นไซยาโนแบคทีเรียในสมัยโบราณ

อ้างอิง

1. Berg, JM, Stryer, L. , และ Tymoczko, JL (2007) ชีวเคมี. ฉันย้อนกลับ
2. Blankenship, RE (2010). วิวัฒนาการของการสังเคราะห์ด้วยแสงในยุคแรก ๆ สรีรวิทยาของพืช, 154 (2), 434–438.
3. Campbell, A, N. , & Reece, JB (2005). ชีววิทยา. Panamerican Medical Ed.
4. Cooper, GM และ Hausman, RE (2004) เซลล์: วิธีการระดับโมเลกุล เมดิซินสกานาคลดา.
5. Curtis, H. , & Schnek, A. (2006). ขอเชิญเข้าร่วมชีววิทยา Panamerican Medical Ed.
6. Curtis, H. , & Schnek, A. (2008). เคอร์ติ ชีววิทยา. Panamerican Medical Ed.
7. Eaton-Rye, JJ, Tripathy, BC, & Sharkey, TD (Eds.) (2011) การสังเคราะห์ด้วยแสง: ชีววิทยาพลาสติดการเปลี่ยนพลังงานและการดูดซึมคาร์บอน (ฉบับที่ 34) Springer Science & Business Media
8. Hohmann-Marriott, MF และ Blankenship, RE (2011) วิวัฒนาการของการสังเคราะห์ด้วยแสง การทบทวนชีววิทยาพืชประจำปี 62, 515-548
9. Koolman, J. , & Röhm, KH (2005). ชีวเคมี: ข้อความและแผนที่ Panamerican Medical Ed.
10. Palade, GE และ Rosen, WG (1986) ชีววิทยาของเซลล์: การวิจัยขั้นพื้นฐานและการประยุกต์ใช้ สถาบันแห่งชาติ
11. โปซาดาจอส (2548). ฐานรากสำหรับการจัดตั้งทุ่งหญ้าและพืชอาหารสัตว์ มหาวิทยาลัย Antioquia
12. Taiz, L. , และ Zeiger, E. (2007). สรีรวิทยาของพืช มหาวิทยาลัย Jaume I.