การสังเคราะห์ด้วยแสง ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์

งานนำเสนอเรื่อง: "การสังเคราะห์ด้วยแสง ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 การสังเคราะห์ด้วยแสง ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์
Photosynthesis การสังเคราะห์ด้วยแสง นพมณี โทปุญญานนท์ ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยแม่โจ้

2 การสังเคราะห์แสง คืออะไร
กระบวนการที่พืชสีเขียวนำพลังงานแสง และเปลี่ยนแปลงเป็น พลังงานเคมี สะสมในโมเลกุลของ สิ่งมีชีวิต

3 สิ่งที่ต้องศึกษา 1. โครงสร้างพืชที่เกี่ยวข้อง 2. แสง
3. Chroloplast - หน่วยการสังเคราะห์แสง 4. ปฏิกริยาที่เกิดขึ้น

4 พืช Chloroplast and Chlorophyll
ใบต้องมีลักษณธแผ่และบางเพื่อประโยชน์ในการรับแสงให้มากที่สุด Mesophyll cells ประกอบด้วย palisade and spongy

5 Chloroplast and Chlorophyll
ใบต้องมีลักษณธแผ่และบางเพื่อประโยชน์ในการรับแสงให้มากที่สุด Mesophyll cells ประกอบด้วย palisade and spongy

6 lumen

7

8 รงควัตถุในพืช 1. Chlrolophyll 2. Carotenoid อยู่บน Thylakoid

9 Chlorophyll - fat soluble pigments - พบใน พืช แอลจี และแบคทีเรีย
- พบใน พืช แอลจี และแบคทีเรีย - ดูดแสง nm (ม่วง-น้ำเงิน) nm (ส้ม-แดง) - มีหลายชนิด chl a, b, c, d

10 โครงสร้างรงควัตถุต่าง ๆ
porphyrin Phytol chain pheophytin Chl b Chl a lutein B carotene

11 Chlorophyll a C55H72O5N4Mg สีเขียว พบในสิ่งมีชีวิตที่ PS ได้ ยกเว้น PS-bacteria absorption spectrum 430 และ 662 nm Chlorophyll b C55H70O6N4Mg สีเขียวแกมน้ำเงิน พบในพืช สาหร่ายสีเขียว และ prokaryote บางชนิด absorption spectrum 453 และ 642 nm

12

13

14

15 Carotenoids - พบในสิ่งมีชีวิตที่ PS ได้ - fat soluble ไม่มี oxygen
- ดูดซับแสง และ nm - สีแดง ส้ม เหลือง - ช่วยป้องกันการเกิด photo-oxidation beta - carotene, Lutein Xanthophylls มีหลายรูปแบบ พบในแอลจี และ พืชชั้นสูง Phycobilins (phytocyanin and phycoerythrin) พบในสาหร่ายสีแดง และ cyanobacteria

16

17 รงควัตถุเสริม - Chlorophyll c and d - phytoerythrin - phycocyanin
red algae และ cyanobacteria

18 รายละเอียดโครงสร้างของ Chloroplast หน่วยทำงานของการสังเคราะห์แสง
- photosystem I - photosystem II - Cytochrome b6f - ATP synthase อยู่ใน grana

19 การเรียงตัวของหน่วยของกระบวนการสังเคราะห์แสง
Cyt b6f ATP synthase Light harvesting complex PS II complex PS I complex

20

21 PS I ส่วนประกอบของ PS I - Reaction center (special pair of chl a)
ที่ดูดแสง nm (P700) - โปรตีน, เปปไทด์ - chlorophyll a ประมาณ โมเลกุล - chlorophyll b, carotenoids antenna complex

22 PS I - อยู่ใน thylakoid membrane ที่อยู่ติดกับ
stroma ผ่าน e- carrier ให้ NADP+ - หน้าที่ รับพลังงานแสงและขนส่ง e-

23

24 PS II ส่วนประกอบของ PS II - Reaction center
- special pair of chl a ที่ดูดแสง 680 nm (P680) - cytochrome b599 - polypeptide 2 ชนิด - Protein - Pigments (antenna complex) - กลุ่ม manganese - tyrosine residue (การแตกตัวของน้ำ)

25 PS II - อยู่ใน thylakoid membrane ภายใน grana
- หน้าที่จะ oxidize โมเลกุลของน้ำและให้ e- เพื่อเข้าสู่ PS I

26 องค์ประกอบอื่นที่สำคัญ และเกี่ยวข้องกับ PS
- Cytochrome b6f - ATP synthase

27

28

29 แสง - คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic) - ช่วงแสงที่สามารถมองเห็น
คลื่นแสงสั้น พลังงานมาก คลื่นแสงยาว พลังงานต่ำ - คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic) - ช่วงแสงที่สามารถมองเห็น nm ช่วงแสงที่พืชใช้ในการสังเคราะห์แสง nm

30 แสงเป็นอานุภาคที่เรียกว่า PHOTON
อนุภาคมีพลังงานที่เรียกว่า Quantum ความเข้มแสง (light intensity-brightness) - คือจำนวนโฟตอน หรือ ปริมาณพลังงานที่ถูก ดูดซับต่อหน่วยเวลา แต่ละโฟตอนจะมีปริมาณพลังงานตามกำหนด ตามการสั่นสะเทือนของโฟตอน - ระยะทางการสั่นสะเทือนที่สมบูรณ์ของโฟตอน เรียกว่า คลื่นแสง (wavelength)

31 แสงที่เป็นประโยชน์ต่อการสังเคราะห์แสง
1. Photosynthetically active radiation (PAR) แสงที่คลอโรฟิลล์ดูดซับไว้ ( nm) 2. Photosynthetic photon flux density (PPFD) ปริมาณหรือความเข้มข้นของโฟตอน ที่กระทบใบพืช

32 อย่าลืม! แสงยังเกี่ยวข้องกับกระบวนการอื่น ๆ ของพืช เช่น การออกดอก การงอก

33 การถ่ายเทพลังงาน

34 Fluorescence Heat resonance energy transfer sucessive electron transfer

35 Light Harvesting System

36 การเรียงตัวของหน่วยของกระบวนการสังเคราะห์แสง
Cyt b6f ATP synthase Light harvesting complex PS II complex PS I complex

37 Photosynthesis 1. Photochemical reaction (light reaction) 2. Biochemical reaction (dark reaction)

38 ภาพรวม Photochemical และ Biochemical reactions

39 Photochemical reaction
(light reaction) photophosphorylation Non-cyclic Cyclic

40 Z - scheme

41

42 Cyclic photophosphorylation

43

44

45 Photochemical reaction
2H2O + 2NADP+ + 3Pi + 3ADP 8 photons O2 + 2NADPH + 2H+ + 3ATP + 4e-

46 Biochemical reaction (dark reaction) light-independent reaction
1. Carbon fixation 2. Reduction 3. regeneration

47

48 Calvin Cycle C3 plant

49 1. Carbon fixation RUBISCO

50 2. reduction

51 3. regeneration

52 Calvin Cycle C3 plant

53 Photorespiration เกิดในพืช C3 - hot (สูงกว่า 28 C) and
dry climate - low CO ppm - rubisco ตรึง O2 และให้ CO2 - ไม่เหมือนการหายใจ เพราะไม่ให้ ATP แต่ใช้ ATP - การสูญเสียสูงถึง 25 %

54 2C-amino acid Serine -3C Glycerate-2-phosphate Glycolate

55 - ใน 1 วินาทีแรก 80% เป็น กรด 4C malic acid
C4 photosynthesis - ใน 1 วินาทีแรก 80% เป็น กรด 4C malic acid CO2 ถูกตรึงที่ mesophyll แต่ไม่มี rubisco

56

57 Kranz anatomy (halo, wreath)

58 Phosphoenolpyruvic acid
(PEP) 3C Oxaloacetic acid (OAA) 4C malic or aspartic acid (4C) Pyruvic acid ( 3C) C 4 reaction

59 C4 plant - No photorespiration - CO2 ต่ำได้ถึง 0
- all C4 are angiosperm : 17 families - เช่น ขัาวโพด, มิลเลท, อ้อย, Bermuda grass - ไม่พบ C4 gymnosperm, bryophyta หรือ algae

60 แต่ทำไมพืช C4 จึงไม่ครองโลก
6CO2 + 30ATP + 12NADPH + 12H2O C6H12O6 + 30ADP+ 30Pi + 12NADP+ + 6H2O + 6O2 6CO2 + 18ATP + 12NADPH + 12H2O C6H12O6 + 18ADP+ 30Pi + 12NADP+ + 6H2O + 6O2 C4 C3 เมื่อไม่ร้อน และ แห้ง

61

62

63 metabolism (CAM) plant
Crassulacean acid metabolism (CAM) plant - พบในพืชที่อยู่ที่แห้งแล้งมาก - ตรึง CO2 ในเวลากลางคืน ได้กรด 4C เก็บไว้ใน vacuole - กลางวันเข้าสู่ calvin cycle - เกิดในเซลล์เดียวกัน

64 CAM Plant

65 การนำความรู้ที่ได้มาใช้ประโยชน์
การปรับปรุงพันธุ์ข้าว ให้มีระบบ C4 หลักการ - ข้าว (พืช C3) ข้าวโพด (พืช C4)

66 เปลี่ยน โครงสร้างของใบ ??? เปลี่ยน biochemical pathway
ใส่ยีนส์ของข้าวโพด 3 ตัว - phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) - pyruvate orthophoasphate dikinase (PPDK) - NADP-malic enzyme (ME) ที่จีน เกาหลี ลองปลูกได้ ผลผลิตเพิ่ม 30-35%