การสังเคราะห์ด้วยแสง: มันคืออะไรและเกิดขึ้นได้อย่างไร
การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมีที่ดำเนินการโดยพืช สาหร่าย และไซยาโนแบคทีเรีย
รูปภาพที่แก้ไขและปรับขนาดโดย Samuel Austin มีอยู่ใน Unsplash
คำว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงหมายถึงการสังเคราะห์ด้วยแสงและหมายถึงกระบวนการทางชีววิทยาที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งบนโลก การปล่อยออกซิเจนและการบริโภคคาร์บอนไดออกไซด์ทำให้การสังเคราะห์ด้วยแสงได้เปลี่ยนโลกให้กลายเป็นสภาพแวดล้อมที่เอื้ออาศัยได้ที่เรารู้จักในปัจจุบัน นอกจากนี้ กระบวนการนี้ยังเป็นแหล่งพลังงานเบื้องต้นสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมด
นักฟิสิกส์ชาวดัตช์ Jan Ingenhousz เป็นคนแรกที่พบว่าพืชผลิตออกซิเจนในที่ที่มีแสงแดดจัด ในปี ค.ศ. 1779 โดยถือเป็นผู้ค้นพบการสังเคราะห์ด้วยแสง ในปี ค.ศ. 1782 Jean Senebier กล่าวเสริมว่านอกจากแสงแดดแล้ว การสังเคราะห์ด้วยแสงยังใช้คาร์บอนไดออกไซด์อีกด้วย ในปี ค.ศ. 1818 Maria Pelletier และ Joseph Caventou ได้สร้างคำว่า "คลอโรฟิลล์" เพื่ออ้างถึงเม็ดสีเขียวที่มีเอนไซม์รับแสงที่ช่วยสังเคราะห์แสง
การสังเคราะห์ด้วยแสงคืออะไร
การสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถกำหนดเป็นกระบวนการแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมี มันดำเนินการโดยพืช สาหร่าย และไซยาโนแบคทีเรีย ซึ่งจัดเป็นสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงได้เองตามธรรมชาติและสังเคราะห์แสง เนื่องจากพวกมันสามารถผลิตอาหารจากแสงได้เอง
ความสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสง
ออกซิเจนที่ผลิตโดยสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงมีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตบนโลกอย่างที่เราทราบ นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสงยังหล่อหลอมประวัติศาสตร์วัตถุ-ประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ เนื่องจากก่อให้เกิดทรัพยากรต่างๆ เช่น น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ เซลลูโลส ถ่าน และฟืน ทรัพยากรเหล่านี้เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของแสงแดดเป็นพลังงานสำรอง (การสังเคราะห์ด้วยแสง) ตามด้วยกระบวนการทางธรณีวิทยาและเทคโนโลยีอื่นๆ
สมการการสังเคราะห์ด้วยแสง
การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการที่ยาวและซับซ้อนซึ่งสามารถสรุปอย่างกว้างๆ ได้ด้วยสมการต่อไปนี้:
- 6CO2 +12H2O + แสง → C6 H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
ที่การสังเคราะห์แสงเกิดขึ้น
ในพืชและสาหร่าย การสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นภายในคลอโรพลาสต์ ในไซยาโนแบคทีเรีย จะดำเนินการโดยมีแผ่นเยื่อบาง ๆ อยู่ในส่วนของเหลวของไซโตพลาสซึม
คลอโรพลาสต์เป็นออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้มชั้นนอกและเยื่อหุ้มชั้นใน ภายในมีแผ่นเยื่อบางๆ เชื่อมต่อกับกระเป๋าเล็กๆ ที่เรียกว่าไทลาคอยด์ ช่องว่างภายในเต็มไปด้วยสโตรมา ซึ่งเป็นของเหลวหนืดที่มีดีเอ็นเอ ไรโบโซม และเอนไซม์ที่ช่วยในกระบวนการสังเคราะห์แสง มันอยู่ภายใน thylakoids และ lamellae ที่พบคลอโรฟิลล์
ขั้นตอนการสังเคราะห์แสง
การสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน: เฟสเคมีและเฟสเคมี
โฟโตเคมิคัลเฟสจะเกิดขึ้นในที่ที่มีแสงเท่านั้น และเกิดขึ้นในไทลาคอยด์และแผ่นเยื่อบางๆ หน้าที่หลักของมันคือการแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมี ประกอบด้วยสองกระบวนการหลัก: โฟโตลิซิสในน้ำและโฟโตฟอสโฟรีเลชั่น
เฟสเคมีไม่ได้ขึ้นอยู่กับแสงและดำเนินการในส่วนอื่นของคลอโรพลาสต์คือสโตรมา ในนั้น ผลิตภัณฑ์ของเฟสก่อนหน้า โฟโตเคมี รวมคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเพื่อผลิตกลูโคส น้ำ และแป้งในวัฏจักร Calvin-Benson ที่เรียกว่า
เฟสเคมี
โฟโตไลซิสในน้ำ
โฟโตไลซิสของน้ำเป็นขั้นตอนแรกของการสังเคราะห์ด้วยแสง และเป็นช่วงเวลาที่พลังงานแสงที่ได้รับส่งเสริมการสลายตัวของโมเลกุลของน้ำ สร้างออกซิเจน อิเล็กตรอน และก๊าซ H+ ก๊าซออกซิเจนจะถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ในขณะที่โมเลกุลไฮโดรเจนอิสระ (H+) ถูกดึงดูดโดยสารประกอบที่เรียกว่า NADP+ ทำให้เกิด NADPH ซึ่งจะถูกใช้ในเฟสเคมีเพื่อสร้างโมเลกุลกลูโคส
ขั้นตอนนี้แสดงโดยสูตร:- H2O ⇾ 2H+ + 2 อิเล็กตรอน + ½ O2
- NADP+ + H+⇾ NADPH
โฟโตฟอสโฟรีเลชั่น
อยู่ในโฟโตฟอสโฟรีเลชั่นที่การก่อตัวของ ATP เกิดขึ้นจากการเติมฟอสเฟตอนินทรีย์ (Pi) ไปจนถึงโมเลกุล ADP (อะดีโนซีนไดฟอสเฟต) โดยใช้พลังงานแสง โมเลกุลของเอทีพีเป็นพลังงานเคมีที่สังเคราะห์ขึ้นโดยสิ่งมีชีวิตรูปแบบหลัก ขั้นตอนของโฟโตฟอสโฟรีเลชั่นนี้เกิดขึ้นควบคู่ไปกับโฟโตไลซิสของน้ำ และแต่ละขั้นตอนจะสร้างผลิตภัณฑ์ที่จะใช้ในการสังเคราะห์แสงในระยะต่อไป
ขั้นตอนนี้แสดงโดยสูตร: ADP + Pi ⇾ ATP
เฟสเคมี
ขั้นตอนสุดท้ายของการสังเคราะห์ด้วยแสงอยู่ในระยะเคมีที่ใช้คาร์บอนไดออกไซด์จากสิ่งแวดล้อมหรือจากการหายใจของเซลล์พืช และใช้สารประกอบสองชนิดที่เกิดขึ้นในระยะก่อนหน้า ได้แก่ ATP และ NADPH ในขั้นตอนนี้เองที่เรียกว่าวัฏจักร Calvin-Benson ซึ่งเป็นลำดับของปฏิกิริยาที่สร้างกลูโคส น้ำ และแป้ง
บทสรุป
การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นผลมาจากการรวมสองเฟสที่อธิบายไว้ข้างต้น เฟสเคมีและเฟสเคมี รูปแบบชีวิตทั้งหมดบนโลกขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์ที่สร้างขึ้นจากการสังเคราะห์ด้วยแสง: ออกซิเจนและกลูโคส นอกจากนี้ การสังเคราะห์ด้วยแสงยังเป็นพื้นฐานของความสมดุลขององค์ประกอบบรรยากาศ
