กระบวนการสังเคราะห์แสงสิ่งมีชีวิตชนิดปัจจัยและหน้าที่

การสังเคราะห์แสง มันเป็นกระบวนการทางชีวภาพที่แสงแดดถูกแปลงเป็นพลังงานเคมีและเก็บไว้ในโมเลกุลอินทรีย์ เป็นการเชื่อมต่อระหว่างพลังงานแสงอาทิตย์กับสิ่งมีชีวิตบนโลก.

Metabolically พืชจัดเป็น autotrophic ซึ่งหมายความว่าพวกเขาไม่จำเป็นต้องกินอาหารเพื่อความอยู่รอดสามารถสร้างมันเองได้ด้วยการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชสาหร่ายและแบคทีเรียบางชนิดเป็นสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์ด้วยแสงโดยมีสีเขียวของเนื้อเยื่อหรือโครงสร้าง.

กระบวนการนี้เกิดขึ้นในออร์แกเนลล์ที่เรียกว่าคลอโรพลาสต์: ช่องเยื่อหุ้มเซลล์ subcellular ที่ประกอบด้วยโปรตีนและเอนไซม์ที่ช่วยให้เกิดปฏิกิริยาที่ซับซ้อน นอกจากนี้ยังเป็นสถานที่เก็บคลอโรฟิลล์ซึ่งเป็นรงควัตถุที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง.

เส้นทางที่คาร์บอนใช้ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงเริ่มต้นด้วยคาร์บอนไดออกไซด์และสิ้นสุดในโมเลกุลน้ำตาลเป็นที่รู้จักกันในรายละเอียดที่น่าชื่นชม เส้นทางนี้ได้รับการแบ่งออกเป็นประวัติศาสตร์ในระยะการส่องสว่างและระยะมืดแยกในเชิงพื้นที่ใน chloroplast.

ระยะการส่องสว่างเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มของคลอโรพลาสต์ไทลาคอยด์และเกี่ยวข้องกับการแตกของโมเลกุลของน้ำในออกซิเจนโปรตอนและอิเล็กตรอน หลังถูกถ่ายโอนผ่านเมมเบรนเพื่อสร้างแหล่งพลังงานในรูปแบบของ ATP และ NADPH ซึ่งจะใช้ในระยะต่อไป.

การสังเคราะห์แสงในระยะมืดเกิดขึ้นในคลอโรพลาสโตรมา ประกอบด้วยในการแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ในคาร์โบไฮเดรตโดยใช้เอนไซม์ของวัฏจักร Calvin-Benson.

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นเส้นทางที่สำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลกซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานและออกซิเจนเริ่มต้น สมมุติฐานถ้าการสังเคราะห์ด้วยแสงหยุดทำงานเหตุการณ์การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ของสิ่งมีชีวิต "ที่เหนือกว่า" จะเกิดขึ้นในเวลาเพียง 25 ปี.

ดัชนี

• 1 มุมมองทางประวัติศาสตร์
• 2 สมการการสังเคราะห์ด้วยแสง
  • 2.1 สมการทั่วไป
  • 2.2 ระยะส่องสว่างและมืด
  • 2.3 ΔG°ของปฏิกิริยา
• 3 เกิดอะไรขึ้น??
• 4 กระบวนการ (ขั้นตอน)
  • 4.1 ลูมินัสเฟส
  • 4.2 โปรตีนที่เกี่ยวข้อง
  • 4.3 ระบบภาพถ่าย
  • 4.4 การไหลของอิเล็กตรอนแบบวัฏจักร
  • 4.5 สีอื่น ๆ
  • 4.6 ระยะมืด
  • 4.7 รอบคาลวิน
• 5 สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสง
• การสังเคราะห์ด้วยแสง 6 แบบ
  • 6.1 การสังเคราะห์ด้วยแสงและออกซิเจน
  • 6.2 ประเภทของการเผาผลาญ C4 และ CAM
  • 6.3 การเผาผลาญ C4
  • 6.4 CAM การสังเคราะห์แสง
• 7 ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง
• 8 ฟังก์ชั่น
• 9 วิวัฒนาการ
  • 9.1 รูปแบบการสังเคราะห์แสงแห่งแรก
  • 9.2 บทบาทของออกซิเจนต่อวิวัฒนาการ
• 10 อ้างอิง

มุมมองทางประวัติศาสตร์

ก่อนหน้านี้มันคิดว่าพืชได้รับอาหารของพวกเขาด้วยซากพืชที่มีอยู่ในดินในลักษณะที่คล้ายคลึงกับโภชนาการสัตว์ ความคิดเหล่านี้มาจากนักปรัชญาโบราณเช่น Empedocles และ Aristotle พวกเขาคิดว่ารากทำตัวเหมือนสายสะดือหรือ "ปาก" ที่เลี้ยงพืช.

วิสัยทัศน์นี้เปลี่ยนไปเนื่องจากการทำงานอย่างหนักของนักวิจัยหลายสิบคนระหว่างศตวรรษที่สิบเจ็ดและสิบเก้าที่เปิดเผยฐานของการสังเคราะห์ด้วยแสง.

การสังเกตกระบวนการสังเคราะห์แสงเริ่มขึ้นเมื่อประมาณ 200 ปีก่อนเมื่อโจเซฟพรีสลีย์สรุปว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นปรากฏการณ์ผกผันของการหายใจของเซลล์ นักวิจัยนี้ค้นพบว่าออกซิเจนทั้งหมดที่อยู่ในชั้นบรรยากาศผลิตโดยพืชผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง.

ต่อมาหลักฐานที่แข็งแกร่งเริ่มปรากฏความต้องการน้ำคาร์บอนไดออกไซด์และแสงแดดสำหรับกระบวนการนี้ให้เกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ.

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 19 โมเลกุลของคลอโรฟิลล์ถูกแยกออกเป็นครั้งแรกและเป็นไปได้ที่จะเข้าใจว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงนำไปสู่การจัดเก็บพลังงานเคมีได้อย่างไร.

การดำเนินการของวิธีการสำรวจเช่นการแลกเปลี่ยนปริมาณก๊าซมีการจัดการเพื่อระบุแป้งเป็นผลิตภัณฑ์ของการสังเคราะห์ด้วยแสง นอกจากนี้การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นหนึ่งในหัวข้อแรกในวิชาชีววิทยาที่ศึกษาผ่านการใช้ไอโซโทปที่เสถียร.

สมการของการสังเคราะห์ด้วยแสง

สมการทั่วไป

ทางเคมีการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ซึ่งบางสปีชีส์ออกซิไดซ์และปล่อยอิเล็กตรอนไปยังสปีชีส์อื่นที่ลด.

กระบวนการทั่วไปของการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถสรุปได้ในสมการต่อไปนี้: H₂O + light + CO₂ → CH₂O + O_2. ในกรณีที่คำ CH₂หรือ (หนึ่งในหกของโมเลกุลกลูโคส) หมายถึงสารประกอบอินทรีย์ที่เรียกว่าน้ำตาลที่พืชจะใช้ในภายหลังเช่นซูโครสหรือแป้ง.

เฟสส่องสว่างและมืด

สมการนี้สามารถแบ่งออกเป็นสองสมการที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นสำหรับแต่ละขั้นตอนของการสังเคราะห์แสง: เฟสแสงและเฟสมืด.

เฟสแสงแสดงเป็น: 2H₂O + light → O2 + 4H⁺ + 4e^-. เฟสมืดเกี่ยวข้องกับความสัมพันธ์ต่อไปนี้: CO₂ + 4H⁺ + 4e- → CH₂O + H₂O.

ΔG° ของปฏิกิริยา

พลังงานฟรี (ΔG°) สำหรับปฏิกิริยาเหล่านี้คือ: 479 kJ · mol^-1, +317 kJ · mol^-1 และ +162 kJ · mol^-1, ตามลำดับ ตามที่แนะนำโดยอุณหพลศาสตร์สัญญาณเชิงบวกของค่าเหล่านี้แปลเป็นความต้องการพลังงานและเรียกว่ากระบวนการ endergonic.

สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงได้รับพลังงานนี้ที่ไหนเพื่อให้เกิดปฏิกิริยา? จากแสงแดด.

จำเป็นต้องพูดถึงว่าตรงกันข้ามกับการสังเคราะห์ด้วยแสงการหายใจแบบใช้ออกซิเจนเป็นกระบวนการ exergonic - ในกรณีนี้ค่าของ ofG °จะมาพร้อมกับเครื่องหมายลบ - พลังงานที่ถูกปล่อยออกมาถูกใช้โดยสิ่งมีชีวิต ดังนั้นสมการคือ: CH₂O + O₂ → บริษัท₂ + H₂O.

มันเกิดขึ้นที่ไหน??

ในพืชส่วนใหญ่อวัยวะหลักที่กระบวนการเกิดขึ้นอยู่บนใบไม้ ในเนื้อเยื่อเหล่านี้เราพบโครงสร้างกลมเล็ก ๆ ที่เรียกว่าปากใบที่ควบคุมการเข้าและออกของก๊าซ.

เซลล์ที่ประกอบขึ้นเป็นเนื้อเยื่อสีเขียวสามารถมีคลอโรพลาสต์สูงถึง 100 เซลล์ ช่องเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยเยื่อหุ้มภายนอกสองอันและเฟสน้ำที่เรียกว่า stroma ซึ่งเป็นที่ตั้งของระบบเยื่อหุ้มที่สาม: thylakoid.

กระบวนการ (ขั้นตอน)

เฟสส่องสว่าง

การสังเคราะห์แสงเริ่มต้นด้วยการจับแสงโดยเม็ดสีที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในโลก: คลอโรฟิลล์ การดูดซับแสงทำให้อิเล็กตรอนถูกกระตุ้นให้อยู่ในสถานะพลังงานที่สูงขึ้น - ดังนั้นการแปลงพลังงานของดวงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานเคมีที่มีศักยภาพ.

ในเยื่อหุ้ม thylakoid นั้นการสังเคราะห์แสงจะถูกจัดเรียงใน photocenters ที่มีโมเลกุลเม็ดสีนับร้อยที่ทำหน้าที่เป็นเสาอากาศที่ดูดซับแสงและถ่ายโอนพลังงานไปยังโมเลกุลของคลอโรฟิลล์เรียกว่า "ศูนย์ปฏิกิริยา".

ศูนย์กลางการเกิดปฏิกิริยาประกอบด้วยโปรตีนเทมเพลตที่เชื่อมโยงกับไซโตโครม มันถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังโมเลกุลอื่น ๆ ในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนผ่านชุดของโปรตีนเมมเบรน ปรากฏการณ์นี้ควบคู่ไปกับการสังเคราะห์ ATP และ NADPH.

โปรตีนที่เกี่ยวข้อง

โปรตีนมีการจัดระเบียบในเชิงซ้อนต่างๆ พวกเขาสองคนเป็นระบบถ่ายภาพ I และ II รับผิดชอบในการดูดซับแสงและถ่ายโอนไปยังศูนย์ปฏิกิริยา กลุ่มที่สามประกอบด้วยไซโตโครมคอมเพล็กซ์ BF.

พลังงานที่เกิดจากการไล่ระดับสีของโปรตอนนั้นถูกใช้โดย ATP synthase ที่สี่ซึ่งคู่กับการไหลของโปรตอนกับการสังเคราะห์ของ ATP โปรดทราบว่าหนึ่งในความแตกต่างที่เกี่ยวข้องมากที่สุดเกี่ยวกับการหายใจคือพลังงานไม่เพียง แต่จะกลายเป็น ATP แต่ยังเป็น NADPH.

photosystems

Photosystem ฉันประกอบด้วยโมเลกุลคลอโรฟิลล์ที่มีการดูดซึมสูงสุดของ 700 นาโนเมตรซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่า P₇₀₀. ในทำนองเดียวกันการดูดซึมสูงสุดของ photosystem II คือ 680 ตัวย่อ P₆₈₀.

หน้าที่ของ photosystem I คือการผลิต NADPH และ photosystem II คือการสังเคราะห์ ATP พลังงานที่ใช้โดย photosystem II มาจากการแตกของโมเลกุลน้ำปล่อยโปรตอนและสร้างการไล่ระดับสีใหม่ผ่านเยื่อหุ้มของ thylakoid.

อิเล็กตรอนที่ได้จากการแตกจะถูกถ่ายโอนไปยังสารประกอบที่ละลายไขมันได้: plastoquinone ซึ่งมีอิเลคตรอนจาก photosystem II ไปยังไซโตโครมคอมเพล็กซ์ BF, สร้างการสูบโปรตอนเพิ่มเติม.

จาก photosystem II อิเล็กตรอนผ่านไปยัง plastocyanin และ photosystem I ซึ่งใช้อิเล็กตรอนพลังงานสูงเพื่อลด NADP⁺ ถึง NADPH ในที่สุดอิเล็กตรอนก็ไปถึง ferrodoxin และสร้าง NADPH.

การไหลเวียนของอิเล็กตรอน

มีทางเลือกอื่นที่การสังเคราะห์ ATP ไม่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ NADPH โดยทั่วไปคือการจัดหาพลังงานให้กับกระบวนการเมตาบอลิซึมที่ต้องการ ดังนั้นการตัดสินใจว่าจะสร้าง ATP หรือ NADPH หรือไม่ขึ้นอยู่กับความต้องการชั่วขณะของเซลล์.

ปรากฏการณ์นี้เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ ATP โดยระบบภาพถ่าย I อิเล็กตรอนจะไม่ถูกถ่ายโอนไปยัง NADP⁺, แต่ไปยังไซโตโครมคอมเพล็กซ์ BF, สร้างการไล่ระดับอิเล็กตรอน.

Plastocyanin ส่งคืนอิเล็กตรอนไปยังระบบถ่ายภาพ I เสร็จสิ้นรอบการขนส่งและการสูบโปรตอนไปยังไซโตโครมคอมเพล็กซ์ BF.

สีอื่น ๆ

คลอโรฟิลล์ไม่ได้เป็นรงควัตถุเดียวที่พืชมีอยู่นอกจากนี้ยังมีสิ่งที่เรียกว่า "เม็ดสีอุปกรณ์เสริม" รวมถึงแคโรทีนอยด์.

ในระยะการส่องสว่างของการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นเกิดจากการผลิตองค์ประกอบที่อาจเป็นอันตรายต่อเซลล์เช่น "ออกซิเจนในเสื้อกล้าม" แคโรทีนอยด์มีหน้าที่ป้องกันการก่อตัวของสารประกอบหรือป้องกันความเสียหายของเนื้อเยื่อ.

เม็ดสีเหล่านี้เป็นสีที่เราสังเกตเห็นในฤดูใบไม้ร่วงเมื่อใบไม้สีเขียวเปลี่ยนเป็นสีเหลืองหรือส้มเนื่องจากพืชกำลังลดระดับคลอโรฟิลล์เพื่อให้ได้ไนโตรเจน.

เฟสมืด

วัตถุประสงค์ของกระบวนการเริ่มต้นนี้คือการใช้พลังงานของดวงอาทิตย์สำหรับการผลิต NADPH (Nicotinamide-Adenine-Dinucleotide-Phosphate หรือ "การลดพลังงาน") และ ATP (adenosine triphosphate หรือ "สกุลเงินพลังงานของเซลล์") องค์ประกอบเหล่านี้จะถูกใช้ในระยะมืด.

ก่อนที่จะอธิบายขั้นตอนทางชีวเคมีที่เกี่ยวข้องในขั้นตอนนี้จำเป็นต้องชี้แจงว่าถึงแม้ว่าชื่อของมันจะเป็น "ช่วงมืด" แต่ก็ไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้นในความมืดทั้งหมด ประวัติศาสตร์คำว่าพยายามอ้างอิงถึงความเป็นอิสระของแสง กล่าวอีกนัยหนึ่งเฟสสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อมีหรือไม่มีแสง.

อย่างไรก็ตามในขณะที่เฟสขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเฟสแสง - ซึ่งต้องใช้แสง - มันถูกต้องเพื่ออ้างถึงขั้นตอนชุดนี้เป็นปฏิกิริยาคาร์บอน.

วงจรคาลวิน

ในระยะนี้เกิดวัฏจักรคาลวินหรือเส้นทางคาร์บอนสามเส้นทางซึ่งเป็นเส้นทางชีวเคมีที่อธิบายไว้ในปี 2483 โดยนักวิจัยชาวอเมริกันเมลวินคาลวิน การค้นพบวัฏจักรนั้นได้รับรางวัลโนเบลเมื่อปี 2504.

โดยทั่วไปขั้นตอนพื้นฐานของวัฏจักรสามรอบได้อธิบายไว้แล้ว: carboxylation ของตัวรับ CO₂, การลดลงของ 3-phosphoglycerate และการฟื้นฟูของ CO acceptor₂.

รอบเริ่มต้นด้วยการรวมตัวกันหรือ "ตรึง" ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ลดคาร์บอนเพื่อให้ได้คาร์โบไฮเดรตโดยใช้การเติมอิเล็กตรอนและใช้ NADPH เพื่อลดพลังงาน.

ในแต่ละรอบนั้นจะต้องมีการรวมตัวกันของโมเลกุลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งทำปฏิกิริยากับ ribulose biphosphate ทำให้เกิดสารประกอบสองชนิดที่ประกอบด้วยสามคาร์บอนซึ่งจะลดลงและสร้างโมเลกุลของ ribulose ขึ้นมาใหม่ การหมุนเวียนของวงจรสามรอบส่งผลให้โมเลกุลของไกลคอลไฮด์ฟอสเฟต.

ดังนั้นในการสร้างน้ำตาลหกคาร์บอนเช่นกลูโคสจำเป็นต้องมีหกรอบ.

สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสง

ความสามารถในการสังเคราะห์แสงของสิ่งมีชีวิตปรากฏในสองโดเมนประกอบด้วยแบคทีเรียและยูคาริโอต จากหลักฐานนี้บุคคลที่เข้าใจโดเมนของอาร์เคียจะไร้เส้นทางทางชีวเคมีนี้.

สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงปรากฏขึ้นเมื่อประมาณ 3.2 ถึง 3.5 พันล้านปีก่อนเนื่องจากสโตรมาโตไลท์ที่มีโครงสร้างคล้ายกับไซยาโนแบคทีเรียสมัยใหม่.

เหตุผลสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงไม่สามารถรับรู้เช่นนี้ในบันทึกฟอสซิล อย่างไรก็ตามการอนุมานสามารถพิจารณาได้จากลักษณะทางสัณฐานวิทยาหรือบริบททางธรณีวิทยา.

ในความสัมพันธ์กับแบคทีเรียความสามารถในการรับแสงอาทิตย์และเปลี่ยนเป็นน้ำตาลดูเหมือนจะมีการกระจายอย่างกว้างขวางใน Phyla หลายแห่งแม้ว่าจะดูเหมือนจะไม่มีวิวัฒนาการชัดเจน.

เซลล์สังเคราะห์แสงดั้งเดิมที่สุดพบในแบคทีเรีย เหล่านี้มีเม็ดสีของแบคทีเรียและไม่มีคลอโรฟิลล์ที่เป็นที่รู้จักของพืชสีเขียว.

กลุ่มแบคทีเรียสังเคราะห์แสง ได้แก่ ไซยาโนแบคทีเรีย, โปรโตแบคทีเรีย, แบคทีเรียสีเขียวกำมะถัน, Firmicutes, phototrophs anoxic ใยและแบคทีเรีย acidobacteria.

สำหรับพืชพวกเขาทุกคนมีความสามารถในการสังเคราะห์แสง ในความเป็นจริงมันเป็นลักษณะที่แตกต่างที่สุดของกลุ่มนี้.

ประเภทของการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสง Oxigenic และ anoxigenic

การสังเคราะห์แสงสามารถจำแนกได้หลายวิธี การจำแนกประเภทแรกคำนึงถึงว่าร่างกายใช้น้ำเพื่อลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือไม่ ดังนั้นเราจึงมีสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงซึ่งรวมถึงพืชสาหร่ายและไซยาโนแบคทีเรีย.

ในทางตรงกันข้ามเมื่อร่างกายไม่ใช้น้ำพวกเขาจะเรียกว่าสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสง anoxigenic กลุ่มนี้รวมถึงแบคทีเรียสีเขียวและสีม่วงตัวอย่างเช่นจำพวก Chlorobium และ Chromatium, ที่ใช้กำมะถันหรือก๊าซไฮโดรเจนเพื่อลดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์.

แบคทีเรียเหล่านี้ไม่สามารถใช้การสังเคราะห์ด้วยแสงในที่ที่มีออกซิเจนพวกเขาต้องการสื่อที่ไม่ใช้ออกซิเจน ดังนั้นการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงไม่นำไปสู่การสร้างอ็อกซิเจน - ดังนั้นชื่อ "anoxygenic".

ประเภทของเมแทบอลิซึม C₄ และ CAM

การสังเคราะห์แสงยังสามารถจำแนกตามการปรับตัวทางสรีรวิทยาของพืช.

การลดลงของ CO เกิดขึ้นในยูคาริโอสังเคราะห์แสง₂ มาจากบรรยากาศสู่คาร์โบไฮเดรตในวัฏจักรคาลวิน กระบวนการนี้เริ่มต้นด้วยเอนไซม์ rubisco (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase / oxygenase) และสารประกอบที่เสถียรแรกที่เกิดขึ้นคือกรด 3-phosphoglyceric สามคาร์บอน.

ในสภาวะที่มีความเครียดจากความร้อนเรียกว่ารังสีสูงหรือภัยแล้งเอนไซม์รูบิสโกไม่สามารถแยกความแตกต่างระหว่าง O₂ และ บริษัท₂. ปรากฏการณ์นี้ลดประสิทธิภาพของการสังเคราะห์ด้วยแสงอย่างเห็นได้ชัดและถูกเรียกว่า photorespiration.

ด้วยเหตุผลเหล่านี้มีพืชที่มีเมตาบอลิซึมสังเคราะห์แสงพิเศษที่ช่วยให้พวกเขาหลีกเลี่ยงความไม่สะดวกดังกล่าว.

เมตาบอลิซึม C4

เผาผลาญ Type C₄ โดยมีวัตถุประสงค์คือเพื่อรวบรวมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ก่อนรูบิสโกทำหน้าที่พืช C₄ ทำการ carboxylation ครั้งแรกโดย PEPC.

โปรดทราบว่ามีการแยกเชิงพื้นที่ระหว่างสอง carboxylations พืช C₄ พวกเขามีความโดดเด่นโดยมีกายวิภาคศาสตร์ "kranz" หรือโคโรนาที่เกิดจากเซลล์ mesophilic และการสังเคราะห์แสงซึ่งแตกต่างจากเซลล์เหล่านี้ในการสังเคราะห์ด้วยแสงปกติหรือ C₃.

ในเซลล์เหล่านี้ PEPC จะเกิดขึ้นครั้งแรกโดยให้เป็นสารออกซาโลเซทเทตซึ่งจะลดลงจนกลายเป็น malate สิ่งนี้จะแพร่กระจายไปยังเซลล์ของพ็อดซึ่งกระบวนการทำลายล้างข้อมูลเกิดขึ้นทำให้เกิด CO₂. คาร์บอนไดออกไซด์ถูกนำมาใช้ใน carboxylation ที่สองที่กำกับโดย rubisco.

CAM การสังเคราะห์แสง

การสังเคราะห์ด้วยแสง CAM หรือเมแทบอลิซึมของกรดของcrasuláceasเป็นการปรับตัวของพืชที่อาศัยอยู่ในภูมิอากาศที่แห้งแล้งและเป็นเรื่องปกติของพืชเช่นสับปะรดกล้วยไม้กล้วยไม้และอื่น ๆ.

การดูดกลืนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในพืช CAM เกิดขึ้นในเวลากลางคืนเนื่องจากการสูญเสียน้ำโดยการเปิดปากใบจะน้อยกว่าในวันที่.

บริษัท₂ มันรวมกับ PEP ปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดย PEPC สร้างกรด malic ผลิตภัณฑ์นี้ถูกเก็บไว้ใน vacuoles ที่ปล่อยเนื้อหาของพวกเขาในเวลาเช้าแล้วมันจะ decarboxylated และ CO₂ จัดการเพื่อเข้าร่วมวัลคาลวิน.

ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง

ท่ามกลางปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพของการสังเคราะห์ด้วยแสงไฮไลต์: จำนวนของ CO ในปัจจุบัน₂ และแสงอุณหภูมิการสะสมของผลิตภัณฑ์สังเคราะห์แสงปริมาณออกซิเจนและความพร้อมใช้ของน้ำ.

ปัจจัยพืชยังมีบทบาทพื้นฐานเช่นอายุและสถานะการเติบโต.

ความเข้มข้นของ CO₂ ในสภาพแวดล้อมมันอยู่ในระดับต่ำ (ไม่เกิน 0.03% ของปริมาตร) ดังนั้นความแปรผันที่น้อยที่สุดจึงมีผลต่อการสังเคราะห์แสงที่น่าทึ่ง นอกจากนี้พืชสามารถมีคาร์บอนไดออกไซด์ได้ 70 หรือ 80% เท่านั้น.

หากไม่มีข้อ จำกัด จากตัวแปรอื่น ๆ ที่กล่าวถึงเราพบว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงจะขึ้นอยู่กับปริมาณของ CO₂ ใช้ได้.

ในทำนองเดียวกันความเข้มของแสงเป็นสิ่งสำคัญ ในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มต่ำกระบวนการหายใจจะสูงกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง ด้วยเหตุนี้การสังเคราะห์ด้วยแสงจึงทำงานได้มากขึ้นในเวลาที่ความเข้มของแสงอาทิตย์สูงเช่นชั่วโมงแรกของเช้า.

พืชบางชนิดอาจได้รับผลกระทบมากกว่าพืชชนิดอื่น ตัวอย่างเช่นหญ้าอาหารสัตว์นั้นไม่ไวต่อปัจจัยอุณหภูมิมากนัก.

ฟังก์ชั่น

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการสำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลก วิธีนี้มีหน้าที่รับผิดชอบในการสนับสนุนทุกรูปแบบของชีวิตเป็นแหล่งของออกซิเจนและเป็นพื้นฐานของห่วงโซ่ trophic ทั้งหมดที่มีอยู่ในขณะที่มันอำนวยความสะดวกในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมี.

กล่าวอีกนัยหนึ่งการสังเคราะห์ด้วยแสงผลิตออกซิเจนที่เราหายใจ - ดังที่กล่าวไว้ข้างต้นองค์ประกอบนั้นเป็นผลพลอยได้ของกระบวนการ - และอาหารที่เราบริโภคทุกวัน สิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมดใช้สารประกอบอินทรีย์ที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นแหล่งพลังงาน.

โปรดทราบว่าสิ่งมีชีวิตแบบแอโรบิกสามารถดึงพลังงานจากสารประกอบอินทรีย์ที่ผลิตโดยการสังเคราะห์ด้วยแสงเฉพาะเมื่อมีออกซิเจนซึ่งเป็นผลผลิตของกระบวนการด้วย.

ในความเป็นจริงการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถแปลงคาร์บอนไดออกไซด์จำนวน 200 พันล้านตันให้เป็นสารประกอบอินทรีย์ สำหรับออกซิเจนนั้นคาดว่าการผลิตอยู่ในช่วง 140,000 ล้านตัน.

นอกจากนี้การสังเคราะห์ด้วยแสงช่วยให้เรามีพลังงานมากที่สุด (ประมาณ 87% ของสิ่งนี้) ที่มนุษย์ใช้เพื่อความอยู่รอดในรูปของเชื้อเพลิงสังเคราะห์แสงฟอสซิล.

วิวัฒนาการ

รูปแบบชีวิตสังเคราะห์แสงครั้งแรก

ในแง่ของวิวัฒนาการการสังเคราะห์ด้วยแสงดูเหมือนจะเป็นกระบวนการที่เก่าแก่มาก มีหลักฐานจำนวนมากที่หาจุดกำเนิดของถนนสายนี้ใกล้กับรูปแบบของชีวิตรูปแบบแรก.

เกี่ยวกับต้นกำเนิดในยูคาริโอตมีหลักฐานมากมายที่เสนอ endosymbiosis ว่าเป็นคำอธิบายที่เป็นไปได้มากขึ้นต่อกระบวนการ.

ดังนั้นสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะคล้ายไซยาโนแบคทีเรียอาจกลายเป็นคลอโรพลาสต์ได้เนื่องจากความสัมพันธ์ของเอนโดซิมไบโอติกกับโปรคาริโอตที่มีขนาดใหญ่กว่า ดังนั้นต้นกำเนิดวิวัฒนาการของการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงเกิดในโดเมนของแบคทีเรียและสามารถแจกจ่ายได้เนื่องจากเหตุการณ์ใหญ่และซ้ำ ๆ ของการถ่ายโอนยีนแนวนอน.

บทบาทของออกซิเจนต่อวิวัฒนาการ

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการแปลงแสงด้วยพลังผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นหล่อหลอมสภาพแวดล้อมในปัจจุบันของดาวเคราะห์โลก การสังเคราะห์ด้วยแสงถูกมองว่าเป็นนวัตกรรมเสริมสร้างบรรยากาศของออกซิเจนและปฏิวัติพลังของรูปแบบชีวิต.

เมื่อการเปิดตัวของ O เริ่มขึ้น₂ โดยสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงครั้งแรกมันอาจละลายในน้ำของมหาสมุทรจนกระทั่งอิ่มตัว นอกจากนี้ออกซิเจนสามารถทำปฏิกิริยากับเหล็กตกตะกอนในรูปของเหล็กออกไซด์ซึ่งปัจจุบันเป็นแหล่งแร่ที่ประเมินค่าไม่ได้.

ออกซิเจนส่วนเกินก้าวเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ การเพิ่มขึ้นอย่างมากของความเข้มข้นของ O₂ มันมีผลกระทบที่สำคัญ: ความเสียหายต่อโครงสร้างทางชีวภาพและเอนไซม์ประณามหลายกลุ่มของโปรคาริโอต.

ในทางตรงกันข้ามกลุ่มอื่น ๆ นำเสนอการปรับตัวให้อยู่ในสภาพแวดล้อมที่อุดมไปด้วยออกซิเจนรูปใหม่โดยสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงอาจเป็นไซยาโนแบคทีเรียโบราณ.

การอ้างอิง

1. ภูเขาน้ำแข็ง, J. M. , Stasher, L. , & Tymoczko, J. L. (2007). ชีวเคมี. ฉันกลับรายการ.
2. Blankenship, R. E. (2010) วิวัฒนาการขั้นต้นของการสังเคราะห์ด้วยแสง. สรีรวิทยาของพืช, 154(2), 434-438.
3. Campbell, A, N. , & Reece, J. B. (2005). ชีววิทยา. Ed. Panamericana การแพทย์.
4. Cooper, G. M. , & Hausman, R. E. (2004). เซลล์: วิธีโมเลกุล. Medicinska naklada.
5. Curtis, H. , & Schnek, A. (2006). ขอเชิญทางชีววิทยา. Ed. Panamericana การแพทย์.
6. Curtis, H. , & Schnek, A. (2008). เคอร์ติ ชีววิทยา. Ed. Panamericana การแพทย์.
7. Eaton-Rye, J. J. , Tripathy, B. C. , & Sharkey, T. D. (บรรณาธิการ) (2011). การสังเคราะห์ด้วยแสง: ชีววิทยาพลาสมิดการแปลงพลังงานและการดูดกลืนคาร์บอน (บทที่ 34) Springer Science & Business Media.
8. Hohmann-Marriott, M. F. , & Blankenship, R. E. (2011) วิวัฒนาการของการสังเคราะห์ด้วยแสง. การทบทวนชีววิทยาพืชเป็นประจำทุกปี, 62, 515-548.
9. Koolman, J. , & Röhm, K. H. (2005). ชีวเคมี: ข้อความและแผนที่. Ed. Panamericana การแพทย์.
10. Palade, G. E. , & Rosen, W. G. (1986). ชีววิทยาของเซลล์: การวิจัยขั้นพื้นฐานและการประยุกต์. โรงเรียนแห่งชาติ.
11. Posada, J. O. S. (2005). ฐานรากในการจัดตั้งทุ่งหญ้าเลี้ยงสัตว์และพืชอาหารสัตว์. มหาวิทยาลัยโอเควีย.
12. Taiz, L. , & Zeiger, E. (2007). สรีรวิทยาของพืช. Universitat Jaume I.