ノートテキスト
ページ1:
UNIVERS โรงเรียนสาธิต "พิบูลบำเพ็ญ” มหาวิทยาลัยบูรพา 3) กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (ว32242) บทที่ 11 การสังเคราะห์ด้วยแสง 11.2 กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช nant 1. พลังงานแสง แสงเป็นรังสีในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและมีสมบัติเป็นอนุภาคเรียกว่าโฟตอน (photon) โดยระดับ พลังงานของโฟตอนจะแปรผกผันกับความยาวคลื่นของแสง ซึ่งแสงที่ตามนุษย์มองเห็นได้เป็นแสงที่มีความคลื่น ช่วง 400-700 nm ในสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด Visible light www พบใน Autotroph- สิ่งมีชีวิตที่ สร้างอาหารเองได้ 2. สารสี 400 T 450 500 550 600 shorter wavelength Wavelength (nm) higher energy 650 700 longer wavelength lower energy สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงที่ตามนุษย์มองเห็นได้ Autotroph -ดูดกลืนแสง a phokaryote สารสี (pigment) เป็นตัวรับพลังงานแสงเพื่อนำมาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง 2+ Eukaryote เก็บสะสมสารสี 1. คลอโรฟิลล์ (chlorophyll) สารสีที่มีสีเขียว พบในพืช สาหร่าย และ cyanobacteria มีโครงสร้าง เป็นวงที่มี Mg อยู่ตรงกลางและมีส่วนที่เป็นสายยาวของไฮโดรคาร์บอนที่สามารถยึดโมเลกุลไว้ในบริเวณที่ไม่ มีขั้วของเยื่อไทลาคอยด์ จำแนกได้ 4 ชนิด dı พืช 1.1 chlorophyll a มีสีเขียวแกมน้ำเงิน พบในพืช สาหร่าย ทุกชนิดและ cyanobacteria 1.2 chlorophyll b มีสีเขียวแกมเหลือง พบในพืชและสาหร่ายสีเขียว 1.3 chlorophyll c มีสีเขียว พบในสาหร่ายสีน้ำตาล 1.4 chlorophyll d มีสีเขียว พบในสาหร่ายสีแดงและแบคทีเรียสีเขียว 2. แคโรทีนอยด์ (carotenoid) สารสีที่มีสีเหลืองส้ม-ส้มแดง พบในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่สังเคราะห์ด้วยแสง ได้ มีโครงสร้างเป็นสายยาวของไฮโดรคาร์บอนเชื่อมอยู่ระหว่างวงคาร์บอน จำแนกได้ 2 ชนิด คือ 2.1 แคโรทีน (carotene) มีสีแดงหรือส้ม 2.2 แซนโทฟิลล์ (xanthophyll) มีสีเหลืองหรือน้ำตาล 3. ไฟโคบิลิน (phycobilin) พบในสาหร่ายสีแดงและ cyanobacteria จำแนกได้ 2 ชนิด คือ 3.1 ไฟโคอีรีทริน (phycoerythrin) สารสีแดงแกมน้ำตาล 3.2 ไฟโคไซยานิน (phycocyanin) สารสีเขียวแกมน้ำเงิน 4. แบคเทอริโอคลอโรฟิลล์ (bacteriochlorophyll) เป็นสารสีเขียวคล้ายคลอโรฟิลล์เอ แต่มีสารสีพวก แคโรทีนอยด์หุ้มอยู่ภายนอกจึงเห็นเป็นสีแดง มีม่วงหรือสีเหลือง พบในแบคทีเรียที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสง 1
ページ2:
H₁₂C UNIVERS โรงเรียนสาธิต "พิบูลบำเพ็ญ” มหาวิทยาลัยบูรพา @CH 3 CH=CH₂ -⑥CHO -CH2-CH3 H H₁₂C H CH₂ HC CH₁₂ C 0 COOCH CH₁ Chlorophyll a: R = CH, Chlorophyll b: R = CHO กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (ว32242) CHA CH3 CH3 CH3 H3C´ -CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 อนุพันธ์ วิตมิน A โครงสร้างของคลอโรฟิลล์ และแคโรทีนอยด์ตามลำดับ Light Absorbtion การดูดกลืนแสงของสารสี ทดลองให้แสงที่ความยาวคลื่นต่างๆ กับ สารละลายสารสีแต่ละชนิดที่สกัดจากใบพืชชนิด หนึ่ง แล้ววัดเข้มแสงที่ส่องผ่านสารละลายสารสี ได้ผลการดูดกลืนแสงดังรูป Absorption of light by chloroplast pigments |Chloro- phyll a -Chlorophyll b -Carotenoids 400 500 600 Wavelength of light (nm) 700 กราฟเปรียบเทียบการดูดกลืนแสงของคลอโรฟิลล์เอ คลอโรฟิลล์บี และแคโรทีนอยด์ ? สารสีแต่ละชนิดดูดกลืนแสงได้ดีที่ความยาวคลื่นประมาณเท่าใด? คลอโรฟิลล์ A = 400-450, 660-700 nm... -B=400-500, 640-670 nm. C = 400-500 nm. อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช เกิดขึ้นได้มากเมื่อได้รับแสงสีน้ำเงินหรือแสงสี แดง ซึ่งจะเห็นว่าสอดคล้องกับการดูดกลืนแสง ของคลอโรฟิลล์ที่จะดูดกลืนแสงในช่วงแสงสีน้ำ เงินและแสงสีแดงได้มากเช่นกัน Rate of photosynthesis (measured by O2 release) 400 500 600 700 Incoming photon of energy Ground State Excited state energy level Ground state energy level การเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของ อิเล็กตรอนเมื่อได้รับพลังงานแสง กราฟแสดงอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชเมื่อให้แสงที่ความคลื่นต่างๆ โมเลกุลสารสีประกอบด้วยอะตอมที่มีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่รอบ นิวเคลียสในระดับสถานะพื้น เมื่อสารสีได้รับพลังงานแสง อิเล็กตรอนจะ ถูกกระตุ้นให้เปลี่ยนไปอยู่ที่ระดับพลังงานสูงขึ้นซึ่งเป็นสถานะกระตุ้น แต่ อิเล็กตรอนในสถานะนี้จะไม่เสถียร จึงมีการถ่ายทอดพลังงานที่ถูกกระตุ้น จากโมเลกุลของสารสีหนึ่งไปยังสารสีโมเลกุลอื่นต่อไป และหากมีตัวรับ อิเล็กตรอนที่เหมาะสมจะทำให้เกิดการถ่ายอิเล็กตรอนขึ้นได้ 2
ページ3:
UNIVER โรงเรียนสาธิต "พิบูลบำเพ็ญ” มหาวิทยาลัยบูรพา กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (ว32242) (2) 3. ปฏิกิริยาแสง Light dependant reaction ปฏิกิริยาที่มีการดูดกลืนพลังงานแสงมาเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมี เก็บสะสมในรูปสารพลังงานสูง คือ NADPH และ ATP โดยเกิดขึ้นที่เยื่อไทลาคอยด์ สารสี + Protein ระบบแสงในพืช สารสีจะอยู่รวมกันเป็นกลุ่มและฝังตัวอยู่ในโปรตีนที่เยื่อไทลาคอยด์ เรียกว่า ระบบแสง (photosystem; PS) ประกอบด้วยแอนเทนนา (antenna) เป็นกลุ่มของสารสีที่ทำหน้าที่รับส่งพลังงานแสง และศูนย์กลางปฏิกิริยา (reaction center) ที่มีคลอโรฟิลล์เอโมเลกุลพิเศษ โปรตีนและ Co-factor อยู่ร่วมกัน Energy transfer เมื่อสารสีในแอนเทนนาได้รับพลังงานแสงจะมีการถ่ายทอดพลังงานตามลำดับไปยังคลอโรฟิลล์เอโมเลกุลพิเศษ ที่สามารถปลดปล่อยอิเล็กตรอนให้หลุดออกจากโมเลกุลไปยังตัวรับอิเล็กตรอนได้ การสั่นของ Photon 257 Photosystem Light-harvesting Reaction- complexes STROMA Primary center complex electron acceptor Resonance transfer Photon Antenna pigments Photosystem Thylakoid membrane Transfer of energy Special pair of chlorophyll a molecules Pigment molecules THYLAKOID SPACE (INTERIOR OF THYLAKOID) Reaction center chlorophyll Electron transfer ระบบแสงซึ่งแสดงเพียงหนึ่งหนึ่งแอนแทนนาและหนึ่งศูนย์กลางปฏิกิริยา dl พืชมีระบบแสง 2 ระบบ คือ ดูดกลืนแสง Electron acceptor 1. ระบบแสง I (photosystem l; PS 1) ศูนย์กลางปฏิกิริยาจะมีการถ่ายทอดอิเล็กตรอนเมื่อได้รับ พลังงานแสงที่มีความยาวคลื่นไม่เกิน 700 nm จึงเรียกศูนย์กลางปฏิกิริยาของระบบแสง 1 ว่า............... 2. ระบบแสง II (photosystem II, PS II) ศูนย์กลางปฏิกิริยาจะมีการถ่ายทอดอิเล็กตรอนเมื่อได้รับ พลังงานแสงที่มีความยาวคลื่นไม่เกิน 680 nm จึงเรียกศูนย์กลางปฏิกิริยาของระบบแสง ว่า.................... ferredoxin-NADP reductase cytochrome Complex Stroma FNR P680 Fd P700 -ferredoxin ATP synthase เร่งปฏิกิริยาสร้าง ATP เกิด ระบบแสง Thylakoid PSII membrane || PG' || || | || || PQH | || || || bof PSI plastoquinone PC plastocyanin Lumen oxygen-evolving complex การจัดเรียงตัวของโครงสร้างที่เยื่อไทลาคอยด์ 3
ページ4:
โรงเรียนสาธิต "พิบูลบำเพ็ญ” มหาวิทยาลัยบูรพา กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (ว32242) เมื่อคลอโรฟิลล์เอโมเลกุลพิเศษได้รับพลังงานที่ถ่ายทอดต่อกันมาจากสารสีในแอนเทนนา จะทำให้ อิเล็กตรอนของคลอโรฟิลล์เอนี้ถูกกระตุ้นให้มีพลังงานสูงขึ้น และถ่ายทอดอิเล็กตรอนนี้ไปยังตัวรับอิเล็กตรอน ในระบบแสง ทำให้เกิดการสร้างพลังงานเคมี ซึ่งการถ่ายทอดอิเล็กตรอนเกิดขึ้นได้ 2 ลักษณะ 1. การถ่ายอิเล็กตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักร (non-cyclic electron transfer) เป็นการถ่ายทอดอิเล็กตรอนโดยศูนย์กลางปฏิกิริยาของระบบแสง || จะส่งอิเล็กตรอนผ่านตัวรับ อิเล็กตรอนหลายชนิด รวมทั้งพลาสโควิโนน (plastoquinone; PQ) ไซโทโครคอมเพล็กซ์ (cytochrome complex; Cyt b.f) และ พลาสโทไซยานิน (plastocyanin; PC) ที่มีพลังงานต่ำลงเป็นลำดับไปยังศูนย์กลาง ปฏิกิริยาของระบบแสง | ซึ่งจะไปทดแทนอิเล็กตรอนที่ระบบแสง | สูญเสียไปให้ตัวรับอิเล็กตรอนชนิดต่างๆ จนถึงเฟอริดอกซิน (ferridoxin; Fd) ซึ่งจะส่งอิเล็กตรอนให้ NADP กลายเป็น NADPH สำหรับระบบแสง || เมื่อสูญเสียอิเล็กตรอนไปจะดึงอิเล็กตรอนของน้ำออกมาแทนที่ ทำให้โมเลกุลของ น้ำสลายเป็น O2 และ H นอกจากนี้ยังมีการเคลื่อนย้าย H จากสโตรมาเข้าสู่ลูเมนโดยอาศัยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น ในการถ่ายทอดอิเล็กตรอน ทำให้เกิดความแตกต่างของความเข้มข้นของ H ระหว่างสโตรมากับลูเมน จากนั้น H” ในลูเมนจะถูกส่งไปยังสโตรมาผ่าน ATP synthase และเกิดการสร้าง ATP ในสโตรมา สโตรมา H₂O NADP+ NADPH ลูเมน Electron Transfer © Non - Cyclic H₂O P680 PQ 2) (PSII) ชดเชยจาก 1,0 ® Cyclic non-cyclic electron transfer Cyclic Cytb bf PC C+66f (Cytrocrome) P700 ADP+P₁ H ATP Proo → Fd Na DP* รับ Na DPH ค่ายหวด 2 P700 Fa ·Fd →Cytbof Cytbof PC สงสาร งาน - นำมาใช้ (PSI) Kavin Cyclic Loop
ページ5:
UNIVERS โรงเรียนสาธิต "พิบูลบำเพ็ญ” มหาวิทยาลัยบูรพา กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (ว32242) 2. การถ่ายอิเล็กตรอนแบบเป็นวัฏจักร (cyclic electron transfer) เป็นการถ่ายทอดอิเล็กตรอนโดยศูนย์กลางปฏิกิริยาของระบบแสง ! จะส่งอิเล็กตรอนผ่านตัวรับ อิเล็กตรอนต่างๆ จนถึง ferridoxin แล้วส่งไปยัง cytochrome complex และ plastocyanin กลับมายัง ศูนย์กลางปฏิกิริยาของระบบแสง | อีกครั้ง โดยไม่ส่งอิเล็กตรอนให้ NADP” จึงไม่มีการสร้าง NADPH ระหว่างการถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบเป็นวัฏจักรนี้จะมีการเคลื่อนย้าย H” จากสโตรมาเข้าสู่ลูเมน ทำ ให้เกิดความแตกต่างของความเข้มข้นของ H ระหว่างสโตรมากับลูเมน ซึ่งพลังงานจากความแตกต่างนี้นำไปใช้ ในการสร้าง ATP โดย ATP synthase ได้เช่นเดียวกัน สโตรมา ลูเมน H ADP+P -X *-X ไม่ได้รับ โปรตรอน เข้าไป H ATP 3) 4. การตรึงคาร์บอน 12 cyclic electron transfer Dark reaction reaction "Light independant reaction" ไม่ใช้ลังงานแสง แต่ต้องเกิดในที่มีแสง 12 ช่วยกระตุ้น enzyme ส่งน้ำตาล ในปี พ.ศ. 2493 Melvin Calvin, Andrew Benson และคณะวิจัยแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ได้ ทดลองเลี้ยงคลอเรลลาในขวดแก้ว โดยให้ “CO, และแสงอย่างเพียงพอ เมื่อมีอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงที่ งที่จึงให้ CO2 เข้าไป จากนั้นเก็บคลอเรลลาเป็นระยะเพื่อตรวจสอบสารที่เกิดขึ้น 14 โคมไฟ คลอเรลลาที่เลี้ยงให้ CO2 12 โคมไฟ ภาชนะเก็บคลอเรลลาเป็นระยะ ซึ่งบรรจุ เมทานอลร้อนเพื่อทำลายคลอเรลลาในทันที ชุดทดลองเพื่อศึกษาผลที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสง 5
ページ6:
Redox oxidation UNIVER โรงเรียนสาธิต "พิบูลบำเพ็ญ” มหาวิทยาลัยบูรพา กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ (ว32242) จากผลการทดลองพบว่าคลอเรลลาที่เก็บเมื่อเวลาผ่านไป 30 วินาที จะตรวจพบ C ในสารประกอบ หลายชนิด แต่คลอเรลลาที่เก็บเมื่อเวลาผ่านไปเพียง 1 วินาที จะตรวจพบ C เฉพาะในสารประกอบที่มี คาร์บอน 3 อะตอม คือ PGA (phosphoglecerate) จากนั้นจึงพบว่าสารประกอบที่มีคาร์บอน 5 อะตอม คือ RuBP (ribulose 1,5-biphosphate) จะรวมกับ CO2 จะได้เป็นสารประกอบใหม่ที่มีคาร์บอน 6 อะตอมที่ไม่ เสถียรและสลายเป็น PGA 2 โมเลกุล Ribulase Is 0000-0 วัฏจักรเคลวิน (Calvin cycle) เป็นขั้นตอนตรึงคาร์บอนเพื่อนำมาสร้างน้ำตาล เกิดขึ้นที่สโตรมา โดย ใช้ NADPH และ ATP ที่ได้จากปฏิกิริยาแสง ทำให้ได้ NADP และ ADP ซึ่งจะนำกลับไปใช้ในปฏิกิริยาแสง เพื่อสร้างสารพลังงานสูงต่อไป แบ่งได้เป็น 3 ขั้นตอน 1. Carboxylation เป็นขั้นตอนที่ CO, เข้าสู่วัฏจักรและทำปฏิกิริยากับ RuBP (5C) โดยมีเอนไซม์ ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase oxygenase (Rubisco) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ได้เป็นสารประกอบ 6C ที่ไม่เสถียร จะสลายเป็น PGA (3C) 2 โมเลกุลที่เสถียร RuBP Co., PGA สารประกอบตัวแรกที่เสถียร (SC) Rubisco (3C) 2. Reduction เป็นขั้นตอนที่ PGA รับพลังงานจาก ATP และ NADPH จากปฏิกิริยาแสง โดยแต่ละ โมเลกุลของ PGA จะรับหมู่ฟอสเฟตจาก ATP กลายเป็น 1,3BPG (1,3-bisphosphoglycerate) (3C) จากนั้น ถูกรีดิวซ์โดยรับอิเล็กตรอนจาก NADPH ได้เป็น G3P (glyceraldehyde 3-phosphate) ซึ่งเป็นน้ำตาลที่มี คาร์บอน 3 อะตอม ถือเป็นน้ำตาลชนิดแรกที่เกิดขึ้นในวัฏจักรเคลวิน PGA - ATP-LADP of (3C) (3C), 6NADPH-NADP+ Pi APP61,3BPG 3. Regeneration เป็นขั้นตอนที่จะสร้าง RuBP ขึ้นมาใหม่ ซึ่งต้องใช้ ATP ที่ได้จากปฏิกิริยาแสง โดย RuBP ที่สร้างขึ้นใหม่นี้จะถูกใช้ในขั้นตอน carboxylation เพื่อทำปฏิกิริยากับ CO2 ต่อไป 3ATP-SAOP 663P 5G3P. 3RUBP G3P (3C) (SC) Input 3 O as 3 CO, (sc) Rubisco 6G3P (3C) PGAL = Phosphoglyceraldehyde Phase 1: Carbon fixation 3D-0-0-0-0-O-D RuBP M 3 ATP 3 ADP < Phase 3: Regeneration of RuBP 50-0-0-P G3P. Calvin Cycle 60-0-0-® 3-Phosphoglycerate M 6 ATP ➤ 6 ADP 6.P-O-O-O-P 1,3-Bisphosphoglycerate NADPH ➤6 NADP+ ≥60 60-0-0-D G3P Phase 2: Reduction 2014 Pearson Education, ine 10-0-0-0 G3P Output วัฏจักรเคลวิน Glucose and other organic compounds RuBP 2PGA-Phosphoglycerate CO, + (10) (5c) (3C) 6
News
コメント
このノートは
コメントがオフになっています。