ผลิตภัณฑ์สังเคราะห์ด้วยแสงมีอะไรบ้าง?

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการทางชีววิทยาที่ประกอบด้วยชุดของปฏิกิริยาเคมีในพืช โดยพวกมันจะจับพลังงานแสงอาทิตย์และเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมี ให้เป็นน้ำตาลที่ป้อนให้กระบวนการทางชีววิทยาอื่นๆ ที่จำเป็นต่อชีวิต พลังงานแสงอาทิตย์ถูกจับในปฏิกิริยาที่รวมเอาคาร์บอนไดออกไซด์ (CO ₂ ) และน้ำ (H ₂ O) เข้าด้วยกันเพื่อผลิตกลูโคส (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) และออกซิเจน (O ₂ ) ปฏิกิริยาสามารถสรุปได้ดังนี้: คาร์บอนไดออกไซด์ + น้ำ + แสงแดด ทำให้เกิดกลูโคส + ออกซิเจน สมการพื้นฐานของการสังเคราะห์ด้วยแสงมีดังนี้

6 CO ₂ + 6 H ₂ O + พลังงานแสงอาทิตย์ → C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6 O ₂

ในพืช ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เข้ามาจากอากาศโดยการแพร่ผ่านปากใบของใบ น้ำถูกรวมเข้าด้วยกันจากดินผ่านทางรากและถูกลำเลียงไปยังใบผ่านทางไซเลม ซึ่งเพิ่มขึ้นตามเส้นเลือดฝอย พลังงานแสงอาทิตย์ถูกดูดซับโดยคลอโรฟิลล์ในใบไม้ ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ของพืช ในแบคทีเรียสังเคราะห์แสง กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นที่คลอโรฟิลล์หรือเม็ดสีที่เกี่ยวข้องอยู่ในพลาสมาเมมเบรน ออกซิเจนที่เกิดจากการสังเคราะห์ด้วยแสงจะถูกปล่อยออกสู่อากาศผ่านทางปากใบ

พืชใช้กลูโคสน้อยมากจริงๆ โมเลกุลของกลูโคสถูกรวมเข้าด้วยกันโดยการสังเคราะห์ด้วยการคายน้ำเพื่อสร้างเซลลูโลสซึ่งพืชใช้เป็นวัสดุโครงสร้าง การสังเคราะห์การคายน้ำยังใช้เพื่อเปลี่ยนกลูโคสเป็นแป้ง สารประกอบที่พืชใช้ในการเก็บพลังงาน

ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางของการสังเคราะห์ด้วยแสง

การกำหนดพื้นฐานของสมการทางเคมีของการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นการสรุปชุดของกระบวนการและปฏิกิริยาทางเคมี ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นในกระบวนการสองประเภท ปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสงแดดและปฏิกิริยาที่เกิดได้ในที่มืดไม่อาศัยพลังงานแสงเข้าและถูกควบคุมโดยเอนไซม์

ปฏิกิริยาที่ดูดซับแสงอาทิตย์จะใช้พลังงานนี้เพื่อขับเคลื่อนการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในปฏิกิริยาเคมี พวกมันเป็นปฏิกิริยาที่ก่อให้เกิดพลังงานและแหล่งพลังงานคือแสงแดด สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงส่วนใหญ่จับแสงที่มองเห็นได้ แม้ว่าจะมีบางชนิดที่ใช้แสงอินฟราเรด ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาเหล่านี้คือ adenosine triphosphate (ATP; C ₁₀ H ₁₆ N ₅ O ₁₃ P ₃ ) และ nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP; C ₂₁ H ₂₉ N ₇ O ₁₇ P ₃). ในเซลล์พืช ปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสงแดดเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ของคลอโรพลาสต์ สูตรทั่วไปของปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงที่ขึ้นกับแสงคือ

2 H ₂ O + 2 NADP ⁺   + 3 ADP + 3 P + แสง → 2 NADPH + 2 H ⁺  + 3 ATP + O ₂

โดยที่ ADP คืออะดีโนซีนไดฟอสเฟต C ₁₀ H ₁₅ N ₅ O ₁₀ P ₂ . ปฏิกิริยาเหล่านี้โดยพื้นฐานแล้วจับพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อแปลง ADP เป็น ATP

ในปฏิกิริยาเคมีโดยไม่ต้องใช้แสงแดด ATP และ NADPH จะลดคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งจะเปลี่ยนรูปเป็นกลูโคส ในพืช สาหร่าย และไซยาโนแบคทีเรีย ปฏิกิริยาเหล่านี้เรียกว่าวัฏจักรคาลวิน แบคทีเรียสามารถใช้ปฏิกิริยาต่าง ๆ รวมถึงวัฏจักรเครบส์แบบย้อนกลับ สูตรทั่วไปของปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงที่ไม่ขึ้นกับแสงในพืช (วัฏจักรคาลวิน) คือ

3 CO ₂   + 9 ATP + 6 NADPH + 6 H ⁺   → C ₃ H ₆ O ₃ + 9 ADP + 9 P + 6 NADP ⁺  + 3 H ₂ O

ด้วยวิธีนี้ คาร์บอนในคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกแปลงเป็นคาร์โบไฮเดรตผ่านวัฏจักรคาลวิน

ปัจจัยที่มีผลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสง

เช่นเดียวกับในปฏิกิริยาเคมีใดๆ ก็ตาม ความพร้อมใช้งานของสารตั้งต้นจะเป็นตัวกำหนดจำนวนของผลิตภัณฑ์ที่สามารถก่อตัวขึ้นได้ การจำกัดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์หรือน้ำจะทำให้การผลิตกลูโคสและออกซิเจนช้าลง นอกจากนี้ ความเร็วของปฏิกิริยายังได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิและแร่ธาตุที่อาจจำเป็นในปฏิกิริยาขั้นกลาง เช่น แหล่งของฟอสฟอรัส (P) และไนโตรเจน (N)

สุขภาพโดยทั่วไปของพืชหรือสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงอื่นๆ ก็มีบทบาทพื้นฐานในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเช่นกัน อัตราของปฏิกิริยาเมแทบอลิซึมส่วนหนึ่งถูกกำหนดโดยการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต และยังส่งผลต่อการออกดอกหรือออกผลด้วย

แหล่งที่มา

• บิดแลค, JE; สเติร์น KR; แจนสกี้ เอส. (2546). ชีววิทยาพืชเบื้องต้น  . นิวยอร์ก: McGraw-Hill ไอ 978-0-07-290941-8
• Blankenship, R.E. (2014). กลไกระดับโมเลกุลของการสังเคราะห์ด้วยแสง  (ครั้งที่ 2) จอห์น ไวลีย์ แอนด์ ซันส์ ไอ 978-1-4051-8975-0
• รีซ เจบี และคณะ (2556). แคมป์เบลชีววิทยา  . เบนจามิน คัมมิงส์. ไอ 978-0-321-77565-8