การทดสอบเพื่อเตรียมความพร้อมสำหรับการสอบ Unified State - "การสังเคราะห์ด้วยแสง" ลำดับกระบวนการสังเคราะห์แสงในพืชสีเขียว (ตามลำดับเวลา) ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่ออัตราการสังเคราะห์แสง
สิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลกต้องการอาหารหรือพลังงานเพื่อความอยู่รอด สิ่งมีชีวิตบางชนิดกินสิ่งมีชีวิตอื่น ในขณะที่บางชนิดสามารถผลิตสารอาหารของตัวมันเองได้ พวกมันผลิตอาหารของตัวเอง ซึ่งก็คือกลูโคส ในกระบวนการที่เรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง
การสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจเชื่อมโยงถึงกัน ผลของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือกลูโคสซึ่งถูกกักเก็บเป็นพลังงานเคมีเข้าไป พลังงานเคมีที่เก็บไว้นี้เป็นผลมาจากการแปลงคาร์บอนอนินทรีย์ (คาร์บอนไดออกไซด์) ให้เป็นคาร์บอนอินทรีย์ กระบวนการหายใจจะปล่อยพลังงานเคมีที่สะสมไว้ออกมา
นอกจากผลิตภัณฑ์ที่ผลิตได้ พืชยังต้องการคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจนเพื่อความอยู่รอดอีกด้วย น้ำที่ถูกดูดซึมจากดินจะให้ไฮโดรเจนและออกซิเจน ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง คาร์บอนและน้ำจะถูกนำมาใช้ในการสังเคราะห์อาหาร พืชยังต้องการไนเตรตเพื่อสร้างกรดอะมิโน (กรดอะมิโนเป็นส่วนประกอบในการสร้างโปรตีน) นอกจากนี้พวกเขาต้องการแมกนีเซียมเพื่อผลิตคลอโรฟิลล์
บันทึก:สิ่งมีชีวิตที่ต้องพึ่งอาหารอื่นเรียกว่า สัตว์กินพืชเช่นวัวและพืชที่กินแมลงเป็นตัวอย่างของเฮเทอโรโทรฟ สิ่งมีชีวิตที่ผลิตอาหารเองเรียกว่า พืชสีเขียวและสาหร่ายเป็นตัวอย่างของออโตโทรฟ
ในบทความนี้ คุณจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการสังเคราะห์ด้วยแสงที่เกิดขึ้นในพืชและสภาวะที่จำเป็นสำหรับกระบวนการนี้
ความหมายของการสังเคราะห์ด้วยแสง
การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการทางเคมีที่พืช (สาหร่ายบางชนิด) ผลิตกลูโคสและออกซิเจนจากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ โดยใช้เพียงแสงเป็นแหล่งพลังงาน
กระบวนการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกเพราะมันจะปล่อยออกซิเจนซึ่งชีวิตทั้งหมดขึ้นอยู่กับ
ทำไมพืชถึงต้องการกลูโคส (อาหาร)?
เช่นเดียวกับมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ พืชก็ต้องการสารอาหารเพื่อรักษาหน้าที่ที่สำคัญของมันเช่นกัน ความสำคัญของกลูโคสสำหรับพืชมีดังนี้:
- กลูโคสที่ผลิตโดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงจะใช้ในระหว่างการหายใจเพื่อปล่อยพลังงานที่พืชต้องการสำหรับกระบวนการสำคัญอื่นๆ
- เซลล์พืชยังแปลงกลูโคสบางส่วนให้เป็นแป้งซึ่งจะใช้ตามความจำเป็น ด้วยเหตุนี้ พืชที่ตายแล้วจึงถูกนำมาใช้เป็นชีวมวลเนื่องจากพวกมันกักเก็บพลังงานเคมี
- นอกจากนี้ กลูโคสยังจำเป็นสำหรับสร้างสารเคมีอื่นๆ เช่น โปรตีน ไขมัน และน้ำตาลจากพืช ซึ่งจำเป็นต่อการเจริญเติบโตและกระบวนการที่สำคัญอื่นๆ
ขั้นตอนการสังเคราะห์ด้วยแสง
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน: แสงและความมืด
ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง
ตามชื่อที่แสดง ระยะของแสงต้องการแสงแดด ในปฏิกิริยาที่อาศัยแสง พลังงานจากแสงแดดจะถูกคลอโรฟิลล์ดูดซับและแปลงเป็นพลังงานเคมีที่สะสมอยู่ในรูปของโมเลกุลพาหะอิเล็กตรอน NADPH (นิโคตินาไมด์ อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์ ฟอสเฟต) และโมเลกุลพลังงาน ATP (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต) ระยะแสงเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ภายในคลอโรพลาสต์
ระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงหรือวัฏจักรคาลวิน
ในช่วงมืดหรือวัฏจักรคาลวิน อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นจากระยะแสงจะให้พลังงานสำหรับการสร้างคาร์โบไฮเดรตจากโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ เฟสที่ไม่ขึ้นกับแสงบางครั้งเรียกว่าวัฏจักรคาลวินเนื่องจากธรรมชาติของกระบวนการเป็นวัฏจักร
แม้ว่าเฟสมืดจะไม่ใช้แสงเป็นสารตั้งต้น (และเป็นผลให้สามารถเกิดขึ้นได้ในช่วงกลางวันหรือกลางคืน) แต่พวกมันต้องการผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาที่ขึ้นอยู่กับแสงจึงจะทำงานได้ โมเลกุลที่ไม่ขึ้นกับแสงขึ้นอยู่กับโมเลกุลพาพลังงาน ATP และ NADPH เพื่อสร้างโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตใหม่ เมื่อพลังงานถูกถ่ายโอน โมเลกุลพาหะของพลังงานจะกลับสู่ระยะแสงเพื่อผลิตอิเล็กตรอนที่มีพลังมากขึ้น นอกจากนี้แสงยังกระตุ้นเอนไซม์เฟสมืดหลายชนิดอีกด้วย
แผนภาพขั้นตอนการสังเคราะห์ด้วยแสง
บันทึก:ซึ่งหมายความว่าระยะความมืดจะไม่ดำเนินต่อไปหากพืชขาดแสงเป็นเวลานานเกินไป เนื่องจากพืชใช้ผลิตภัณฑ์ของระยะแสง
โครงสร้างของใบพืช
เราไม่สามารถศึกษาการสังเคราะห์ด้วยแสงได้อย่างสมบูรณ์หากปราศจากความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างของใบไม้ ใบไม้ถูกดัดแปลงให้มีบทบาทสำคัญในกระบวนการสังเคราะห์แสง
โครงสร้างภายนอกของใบ
- สี่เหลี่ยม
ลักษณะที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของพืชคือพื้นที่ผิวใบขนาดใหญ่ พืชสีเขียวส่วนใหญ่มีใบกว้าง แบน และเปิดกว้าง ซึ่งสามารถกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ (แสงแดด) ได้มากเท่าที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง
- หลอดเลือดดำส่วนกลางและก้านใบ
เส้นกลางและก้านใบเชื่อมต่อกันเป็นโคนใบ ก้านใบวางตำแหน่งใบเพื่อให้ได้รับแสงมากที่สุด
- ใบมีด
ใบไม้ธรรมดาจะมีใบเดียว ในขณะที่ใบที่ซับซ้อนมีหลายใบ ใบมีดเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของใบซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
- หลอดเลือดดำ
โครงข่ายหลอดเลือดดำในใบทำหน้าที่ลำเลียงน้ำจากลำต้นไปยังใบ กลูโคสที่ปล่อยออกมาจะถูกส่งไปยังส่วนอื่นๆ ของพืชจากใบผ่านทางหลอดเลือดดำ นอกจากนี้ ส่วนของใบไม้เหล่านี้ยังรองรับและรักษาใบมีดให้เรียบเพื่อให้จับแสงแดดได้มากขึ้น การจัดเรียงของหลอดเลือดดำ (venation) ขึ้นอยู่กับชนิดของพืช
- ฐานใบ
โคนใบเป็นส่วนต่ำสุดซึ่งประกบกับก้าน บ่อยครั้งที่โคนใบจะมีเงื่อนไขคู่หนึ่ง
- ขอบใบ
ขอบของใบสามารถมีรูปร่างที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับชนิดของพืชรวมถึง: ทั้งหมด, หยัก, หยัก, มีรอยบาก, ครีเนท ฯลฯ
- ปลายใบ
เช่นเดียวกับขอบใบ ปลายมีหลายรูปทรง เช่น แหลม กลม ทื่อ เรียวยาว ยื่นออกมา เป็นต้น
โครงสร้างภายในของใบ
ด้านล่างนี้เป็นแผนภาพปิดของโครงสร้างภายในของเนื้อเยื่อใบ:
- หนังกำพร้า
หนังกำพร้าทำหน้าที่เป็นชั้นป้องกันหลักบนพื้นผิวของพืช ตามกฎแล้วที่ด้านบนของใบจะหนากว่า หนังกำพร้าถูกปกคลุมไปด้วยสารคล้ายขี้ผึ้งที่ช่วยปกป้องพืชจากน้ำ
- หนังกำพร้า
หนังกำพร้าเป็นชั้นของเซลล์ที่เป็นเนื้อเยื่อปกคลุมใบ หน้าที่หลักคือปกป้องเนื้อเยื่อภายในของใบจากการคายน้ำ ความเสียหายทางกล และการติดเชื้อ นอกจากนี้ยังควบคุมกระบวนการแลกเปลี่ยนก๊าซและการคายน้ำ
- เมโสฟิลล์
Mesophyll เป็นเนื้อเยื่อหลักของพืช นี่คือจุดที่กระบวนการสังเคราะห์แสงเกิดขึ้น ในพืชส่วนใหญ่ มีโซฟิลล์แบ่งออกเป็นสองชั้น ชั้นบนเป็นรั้วเหล็ก และชั้นล่างเป็นรูพรุน
- กรงป้องกัน
เซลล์ป้องกันเป็นเซลล์พิเศษในชั้นหนังกำพร้าของใบซึ่งใช้ในการควบคุมการแลกเปลี่ยนก๊าซ พวกมันทำหน้าที่ป้องกันปากใบ รูขุมขนปากใบจะมีขนาดใหญ่เมื่อมีน้ำอย่างอิสระ มิฉะนั้นเซลล์ป้องกันจะเชื่องช้า
- ปาก
การสังเคราะห์ด้วยแสงขึ้นอยู่กับการแทรกซึมของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) จากอากาศผ่านปากใบเข้าไปในเนื้อเยื่อมีโซฟิลล์ ออกซิเจน (O2) ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสง ออกจากพืชผ่านทางปากใบ เมื่อปากใบเปิด น้ำจะสูญเสียไปเนื่องจากการระเหย และจะต้องถูกแทนที่โดยการคายน้ำด้วยน้ำที่รากดูดซับไว้ พืชถูกบังคับให้รักษาสมดุลของปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่ดูดซับจากอากาศและการสูญเสียน้ำผ่านรูปากใบ
เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง
ต่อไปนี้เป็นเงื่อนไขที่พืชจำเป็นต้องดำเนินการกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง:
- คาร์บอนไดออกไซด์.ก๊าซธรรมชาติไม่มีสี ไม่มีกลิ่น พบได้ในอากาศ และมีชื่อทางวิทยาศาสตร์ว่า CO2 มันเกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ของคาร์บอนและสารประกอบอินทรีย์ และยังเกิดขึ้นระหว่างการหายใจอีกด้วย
- น้ำ- สารเคมีเหลวใส ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส (ภายใต้สภาวะปกติ)
- แสงสว่าง.แม้ว่าแสงประดิษฐ์จะดีต่อพืชเช่นกัน แต่โดยทั่วไปแล้วแสงแดดธรรมชาติจะให้สภาวะการสังเคราะห์แสงที่ดีกว่า เนื่องจากมีแสงอัลตราไวโอเลตจากธรรมชาติ ซึ่งส่งผลดีต่อพืช
- คลอโรฟิลล์.เป็นเม็ดสีเขียวที่พบในใบพืช
- สารอาหารและแร่ธาตุสารเคมีและสารประกอบอินทรีย์ที่รากพืชดูดซับมาจากดิน
อะไรเกิดขึ้นจากการสังเคราะห์ด้วยแสง?
- กลูโคส;
- ออกซิเจน
(พลังงานแสงแสดงอยู่ในวงเล็บเพราะว่าไม่สำคัญ)
บันทึก:พืชได้รับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศผ่านทางใบ และน้ำจากดินผ่านทางราก พลังงานแสงมาจากดวงอาทิตย์ ออกซิเจนที่เกิดขึ้นจะถูกปล่อยออกสู่อากาศจากใบ ผลกลูโคสที่ได้สามารถแปลงเป็นสารอื่นๆ เช่น แป้ง ซึ่งใช้เป็นแหล่งสะสมพลังงาน
หากไม่มีปัจจัยที่ส่งเสริมการสังเคราะห์ด้วยแสงหรือมีอยู่ในปริมาณไม่เพียงพอ พืชอาจได้รับผลกระทบในทางลบ ตัวอย่างเช่น แสงที่น้อยลงจะสร้างสภาวะที่เอื้ออำนวยให้กับแมลงที่กินใบของพืช และการขาดน้ำจะทำให้พืชช้าลง
การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นที่ไหน?
การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นภายในเซลล์พืช ในพลาสติดขนาดเล็กที่เรียกว่าคลอโรพลาสต์ คลอโรพลาสต์ (ส่วนใหญ่พบในชั้นมีโซฟิลล์) มีสารสีเขียวที่เรียกว่าคลอโรฟิลล์ ด้านล่างนี้เป็นส่วนอื่นๆ ของเซลล์ที่ทำงานร่วมกับคลอโรพลาสต์เพื่อสังเคราะห์แสง
โครงสร้างของเซลล์พืช
หน้าที่ของส่วนต่างๆ ของเซลล์พืช
- : ให้การสนับสนุนด้านโครงสร้างและกลไก ปกป้องเซลล์จาก แก้ไขและกำหนดรูปร่างของเซลล์ ควบคุมอัตราและทิศทางการเจริญเติบโต และให้รูปร่างแก่พืช
- : เป็นแพลตฟอร์มสำหรับกระบวนการทางเคมีที่ควบคุมด้วยเอนไซม์ส่วนใหญ่
- : ทำหน้าที่เป็นอุปสรรคควบคุมการเคลื่อนตัวของสารเข้าและออกจากเซลล์
- : ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น ประกอบด้วยคลอโรฟิลล์ ซึ่งเป็นสารสีเขียวที่ดูดซับพลังงานแสงผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
- : ช่องภายในไซโตพลาสซึมของเซลล์ที่เก็บน้ำ
- : มีเครื่องหมายทางพันธุกรรม (DNA) ที่ควบคุมกิจกรรมของเซลล์
คลอโรฟิลล์ดูดซับพลังงานแสงที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าไม่ใช่ทุกความยาวคลื่นสีของแสงจะถูกดูดซับ พืชดูดซับความยาวคลื่นสีแดงและสีน้ำเงินเป็นหลัก โดยจะไม่ดูดซับแสงในช่วงสีเขียว
คาร์บอนไดออกไซด์ระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง
พืชรับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศผ่านทางใบ คาร์บอนไดออกไซด์รั่วไหลผ่านรูเล็ก ๆ ที่ด้านล่างของใบ - ปากใบ
ส่วนล่างของใบมีเซลล์เว้นระยะหลวมๆ เพื่อให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไปถึงเซลล์อื่นๆ ในใบ นอกจากนี้ยังช่วยให้ออกซิเจนที่ผลิตโดยการสังเคราะห์ด้วยแสงหลุดออกจากใบได้ง่าย
คาร์บอนไดออกไซด์มีอยู่ในอากาศที่เราหายใจด้วยความเข้มข้นที่ต่ำมาก และเป็นปัจจัยที่จำเป็นในระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง
แสงในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง
ใบไม้มักจะมีพื้นที่ผิวกว้างจึงสามารถดูดซับแสงได้มาก พื้นผิวด้านบนได้รับการปกป้องจากการสูญเสียน้ำ โรค และการผุกร่อนด้วยชั้นขี้ผึ้ง (หนังกำพร้า) ด้านบนของแผ่นเป็นจุดที่แสงตกกระทบ ชั้นมีโซฟิลนี้เรียกว่ารั้วเหล็ก ได้รับการปรับให้ดูดซับแสงปริมาณมากเนื่องจากมีคลอโรพลาสต์จำนวนมาก
ในเฟสแสง กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีแสงมากขึ้น โมเลกุลของคลอโรฟิลล์จะถูกแตกตัวเป็นไอออนมากขึ้น และจะมีการสร้าง ATP และ NADPH มากขึ้นหากโฟตอนแสงกระจุกตัวอยู่บนใบไม้สีเขียว แม้ว่าแสงจะมีความสำคัญอย่างยิ่งในช่วงโฟโตเฟส แต่ควรสังเกตว่าปริมาณที่มากเกินไปสามารถทำลายคลอโรฟิลล์และลดกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงได้
ระยะของแสงไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ น้ำ หรือคาร์บอนไดออกไซด์มากนัก แม้ว่าขั้นตอนทั้งหมดนี้จำเป็นต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงก็ตาม
น้ำในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง
พืชได้รับน้ำที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงผ่านทางราก พวกเขามีขนรากที่งอกอยู่ในดิน รากมีลักษณะพิเศษคือมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่และมีผนังบาง ทำให้น้ำไหลผ่านได้ง่าย
ภาพแสดงพืชและเซลล์ที่มีน้ำเพียงพอ (ซ้าย) และขาดน้ำ (ขวา)
บันทึก:เซลล์รากไม่มีคลอโรพลาสต์เนื่องจากมักอยู่ในที่มืดและไม่สามารถสังเคราะห์แสงได้
หากพืชดูดซับน้ำไม่เพียงพอ มันก็จะเหี่ยวเฉา หากไม่มีน้ำ พืชจะไม่สามารถสังเคราะห์แสงได้เร็วเพียงพอและอาจตายได้
น้ำมีความสำคัญต่อพืชอย่างไร?
- ให้แร่ธาตุที่ละลายน้ำซึ่งสนับสนุนสุขภาพของพืช
- เป็นสื่อกลางในการขนส่ง
- รักษาความมั่นคงและความเที่ยงตรง
- เย็นและอิ่มตัวด้วยความชื้น
- ทำให้สามารถทำปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ในเซลล์พืชได้
ความสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสงในธรรมชาติ
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงทางชีวเคมีใช้พลังงานจากแสงแดดในการแปลงน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นออกซิเจนและกลูโคส กลูโคสถูกใช้เป็นส่วนประกอบในพืชเพื่อการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อ ดังนั้นการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงเป็นวิธีการสร้างราก ลำต้น ใบ ดอก และผล หากไม่มีกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชจะไม่สามารถเติบโตหรือสืบพันธุ์ได้
- ผู้ผลิต
เนื่องจากความสามารถในการสังเคราะห์แสง พืชจึงเป็นที่รู้จักในฐานะผู้ผลิตและทำหน้าที่เป็นพื้นฐานของห่วงโซ่อาหารเกือบทุกแห่งบนโลก (สาหร่ายก็เทียบเท่ากับพืชค่ะ) อาหารทั้งหมดที่เรากินมาจากสิ่งมีชีวิตที่มีการสังเคราะห์แสง เรากินพืชเหล่านี้โดยตรงหรือกินสัตว์เช่นวัวหรือหมูที่กินอาหารจากพืช
- ฐานของห่วงโซ่อาหาร
ภายในระบบน้ำ พืชและสาหร่ายยังเป็นพื้นฐานของห่วงโซ่อาหารอีกด้วย สาหร่ายทำหน้าที่เป็นอาหารซึ่งในทางกลับกันก็ทำหน้าที่เป็นแหล่งโภชนาการสำหรับสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่ หากปราศจากการสังเคราะห์ด้วยแสงในสภาพแวดล้อมทางน้ำ ชีวิตคงเป็นไปไม่ได้
- การกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์
การสังเคราะห์ด้วยแสงจะแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นออกซิเจน ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง คาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศจะเข้าสู่พืชและถูกปล่อยออกมาเป็นออกซิเจน ในโลกปัจจุบัน ที่ระดับคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นในอัตราที่น่าตกใจ กระบวนการใดๆ ก็ตามที่จะกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากชั้นบรรยากาศก็มีความสำคัญต่อสิ่งแวดล้อม
- วงจรสารอาหาร
พืชและสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงอื่น ๆ มีบทบาทสำคัญในการหมุนเวียนของสารอาหาร ไนโตรเจนในอากาศถูกตรึงอยู่ในเนื้อเยื่อพืชและพร้อมสำหรับการสร้างโปรตีน ธาตุอาหารรองที่พบในดินสามารถรวมเข้ากับเนื้อเยื่อพืชได้และสามารถใช้ได้กับสัตว์กินพืชที่อยู่ต่อไปในห่วงโซ่อาหาร
- การพึ่งพาการสังเคราะห์แสง
การสังเคราะห์ด้วยแสงขึ้นอยู่กับความเข้มและคุณภาพของแสง ที่เส้นศูนย์สูตรซึ่งมีแสงแดดอุดมสมบูรณ์ตลอดทั้งปีและน้ำไม่ใช่ปัจจัยจำกัด พืชมีอัตราการเติบโตสูงและอาจมีขนาดค่อนข้างใหญ่ ในทางกลับกัน การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นไม่บ่อยนักในส่วนลึกของมหาสมุทร เนื่องจากแสงไม่สามารถทะลุผ่านชั้นเหล่านี้ได้ ส่งผลให้ระบบนิเวศแห้งแล้งมากขึ้น
สิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่อาศัยอยู่บนโลกเป็นระบบเปิดที่ขึ้นอยู่กับการจัดหาสสารและพลังงานจากภายนอก กระบวนการบริโภคสสารและพลังงานเรียกว่า อาหาร - สารเคมีจำเป็นต่อการสร้างร่างกาย พลังงานจำเป็นต่อกระบวนการชีวิต
โภชนาการของสิ่งมีชีวิตมีสองประเภท: ออโตโทรฟิคและเฮเทอโรโทรฟิค และสิ่งมีชีวิตสามกลุ่มตามประเภทของสารอาหาร: ออโตโทรฟ, เฮเทอโรโทรฟ และมิกซ์โซโทรฟ
| การจำแนกสิ่งมีชีวิตตามประเภทของสารอาหาร | พิมพ์ | ลักษณะเฉพาะ |
| สิ่งมีชีวิต | ออโตโทรฟ | สิ่งมีชีวิตที่ใช้คาร์บอนไดออกไซด์เป็นแหล่งคาร์บอน กล่าวอีกนัยหนึ่งสิ่งเหล่านี้เป็นสิ่งมีชีวิตที่สามารถสร้างสารอินทรีย์จากอนินทรีย์ - คาร์บอนไดออกไซด์, น้ำ, เกลือแร่ |
| พืชและแบคทีเรียบางชนิด | เฮเทอโรโทรฟ | สิ่งมีชีวิตที่ใช้สารประกอบอินทรีย์เป็นแหล่งคาร์บอน |
| สัตว์ เชื้อรา และแบคทีเรียส่วนใหญ่ | มิกโซโทรฟ | สิ่งมีชีวิตที่มีสารอาหารหลากหลายชนิดซึ่งขึ้นอยู่กับสภาพความเป็นอยู่สามารถสังเคราะห์สารอินทรีย์จากสารอนินทรีย์และกินสารประกอบอินทรีย์สำเร็จรูปได้ |
พืชกินแมลง ผู้แทนกรมสาหร่ายยูกลีนา เป็นต้น
ขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงาน ออโตโทรฟจะถูกแบ่งออกเป็นโฟโตออโตโทรฟและคีโมออโตโทรฟ
การจำแนกประเภทของออโตโทรฟขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงาน
ตามวิธีการรับอาหารเฮเทอโรโทรฟแบ่งออกเป็น phagotrophs (holozoans) และ osmotrophs
การจำแนกประเภทของเฮเทอโรโทรฟตามวิธีการได้รับอาหาร
ตามสถานะของแหล่งอาหาร เฮเทอโรโทรฟจะถูกแบ่งออกเป็น biotrophs และ saprotrophsการเผาผลาญอาหาร
ส่วนประกอบของการเผาผลาญ
กระบวนการเมแทบอลิซึมของพลาสติกและพลังงานมีความเชื่อมโยงกันอย่างแยกไม่ออก กระบวนการสังเคราะห์ (อะนาโบลิก) ทั้งหมดต้องการพลังงานที่จ่ายผ่านปฏิกิริยาการสลายตัว ปฏิกิริยาการสลายตัวเอง (แคทาบอลิซึม) เกิดขึ้นเฉพาะกับการมีส่วนร่วมของเอนไซม์ที่สังเคราะห์ในระหว่างกระบวนการดูดซึมเท่านั้น
บทบาทของ ATP ต่อการเผาผลาญ
พลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการสลายอินทรียวัตถุจะไม่ถูกใช้โดยเซลล์ในทันที แต่จะถูกเก็บไว้ในรูปของสารประกอบพลังงานสูง ซึ่งมักจะอยู่ในรูปของอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) โดยธรรมชาติทางเคมี ATP จึงเป็นโมโนนิวคลีโอไทด์
เอทีพี (กรดอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริก)- โมโนนิวคลีโอไทด์ประกอบด้วยอะดีนีน ไรโบส และกรดฟอสฟอริก 3 ชนิดที่ตกค้าง เชื่อมต่อกันด้วยพันธะพลังงานสูง
พันธะเหล่านี้กักเก็บพลังงานซึ่งจะถูกปล่อยออกมาเมื่อเกิดการแตกหัก:
เอทีพี + H 2 O → ADP + H 3 PO 4 + Q 1
ADP + H 2 O → แอมป์ + H 3 PO 4 + Q 2
AMP + H 2 O → อะดีนีน + น้ำตาล + H 3 PO 4 + Q 3
โดยที่ ATP คือกรดอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริก ADP - กรดอะดีโนซีนไดฟอสฟอริก AMP - กรดอะดีโนซีนโมโนฟอสฟอริก คำถาม 1 = คำถาม 2 = 30.6 กิโลจูล; คำถามที่ 3 = 13.8 กิโลจูล
ปริมาณ ATP ในเซลล์มีจำกัด และถูกเติมเต็มโดยกระบวนการฟอสโฟรีเลชั่น ฟอสโฟรีเลชั่น- การเติมกรดฟอสฟอริกตกค้างให้กับ ADP (ADP + P → ATP) มันเกิดขึ้นในอัตราที่แตกต่างกันระหว่างการหายใจ การหมัก และการสังเคราะห์ด้วยแสง ATP ได้รับการต่ออายุอย่างรวดเร็วมาก (ในมนุษย์ อายุขัยของ ATP หนึ่งโมเลกุลนั้นน้อยกว่า 1 นาที)
พลังงานที่สะสมในโมเลกุล ATP ถูกใช้โดยร่างกายในปฏิกิริยาอะนาโบลิก (ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ทางชีวภาพ) โมเลกุล ATP เป็นตัวกักเก็บและเป็นพาหะของพลังงานสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด
การแลกเปลี่ยนพลังงาน
สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ได้รับพลังงานที่จำเป็นสำหรับชีวิตอันเป็นผลมาจากกระบวนการออกซิเดชั่นของสารอินทรีย์นั่นคือเป็นผลมาจากปฏิกิริยาแคแทบอลิซึม สารประกอบที่สำคัญที่สุดที่ทำหน้าที่เป็นเชื้อเพลิงคือกลูโคส
สิ่งมีชีวิตแบ่งออกเป็นสามกลุ่มที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจนอิสระ
การจำแนกประเภทของสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจนอิสระ
ในแอโรบิกบังคับและแอนแอโรบีแบบปัญญาเมื่อมีออกซิเจน catabolism เกิดขึ้นในสามขั้นตอน: การเตรียมการ, ปราศจากออกซิเจนและออกซิเจน ส่งผลให้สารอินทรีย์แตกตัวเป็นสารประกอบอนินทรีย์ ในแอนแอโรบีแบบบังคับและแอนแอโรบีแบบปัญญา เมื่อขาดออกซิเจน แคทาบอลิซึมจะเกิดขึ้นในสองขั้นตอนแรก: ขั้นเตรียมการและปราศจากออกซิเจน ส่งผลให้สารประกอบอินทรีย์ขั้นกลางเกิดขึ้นแต่ยังคงอุดมไปด้วยพลังงาน
ขั้นตอนของแคแทบอลิซึม
1. ขั้นตอนแรกคือการเตรียมการ- ประกอบด้วยการสลายเอนไซม์ของสารประกอบอินทรีย์เชิงซ้อนให้กลายเป็นสารประกอบที่ง่ายกว่า โปรตีนแบ่งออกเป็นกรดอะมิโน ไขมันเป็นกลีเซอรอลและกรดไขมัน พอลิแซ็กคาไรด์เป็นโมโนแซ็กคาไรด์ กรดนิวคลีอิกเป็นนิวคลีโอไทด์ ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์สิ่งนี้เกิดขึ้นในระบบทางเดินอาหารในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวในไลโซโซมภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์ไฮโดรไลติก พลังงานที่ปล่อยออกมาในกระบวนการนี้จะกระจายไปในรูปของความร้อน สารประกอบอินทรีย์ที่เกิดขึ้นจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันเพิ่มเติมหรือถูกใช้โดยเซลล์เพื่อสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ของมันเอง
2. ขั้นตอนที่สอง - ออกซิเดชันที่ไม่สมบูรณ์ (ปราศจากออกซิเจน)- ประกอบด้วยการสลายสารอินทรีย์เพิ่มเติมซึ่งดำเนินการในไซโตพลาสซึมของเซลล์โดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของออกซิเจน แหล่งพลังงานหลักในเซลล์คือกลูโคส ปฏิกิริยาออกซิเดชันของกลูโคสที่ปราศจากออกซิเจนและไม่สมบูรณ์เรียกว่าไกลโคไลซิส อันเป็นผลมาจากไกลโคไลซิสของโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุลกรดไพรูวิกสองโมเลกุล (PVA, ไพรูเวต) CH 3 COCOOH, ATP และน้ำก็เกิดขึ้นเช่นเดียวกับอะตอมไฮโดรเจนซึ่งถูกผูกมัดโดยโมเลกุล NAD + ตัวพาและเก็บไว้ในรูปแบบ ของ NADH
สูตรรวมของไกลโคไลซิสมีดังนี้:
C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP + 2NAD+ → 2C 3 H 4 O 3 + 2H 2 O + 2ATP + 2NAD N
ต่อไป ในกรณีที่ไม่มีออกซิเจนในสิ่งแวดล้อมผลิตภัณฑ์ไกลโคไลซิส (PVC และ NADH) ถูกแปรรูปเป็นเอทิลแอลกอฮอล์ - การหมักแอลกอฮอล์(ในยีสต์และเซลล์พืชเมื่อขาดออกซิเจน)
CH 3 COCOOH → CO 2 + CH 3 COH
CH 3 บุตร + 2NAD H → C 2 H 5 OH + 2NAD + ,
หรือเข้าสู่กรดแลกติก - การหมักกรดแลกติก (ในเซลล์สัตว์ขาดออกซิเจน)
CH 3 COCOOH + 2NAD H → C 3 H 6 O 3 + 2NAD + .
ในที่ที่มีออกซิเจนอยู่ในสิ่งแวดล้อมผลิตภัณฑ์ของไกลโคไลซิสจะถูกแยกย่อยออกไปเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
3. ขั้นตอนที่สามคือการเกิดออกซิเดชันโดยสมบูรณ์ (การหายใจ)- ประกอบด้วยออกซิเดชันของพีวีซีเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำดำเนินการในไมโตคอนเดรียโดยมีส่วนร่วมของออกซิเจน
ประกอบด้วยสามขั้นตอน:
ก) การก่อตัวของอะซิติลโคเอ็นไซม์ A;
B) ออกซิเดชันของ acetyl coenzyme A ในวงจร Krebs;
B) ออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่นในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน
A. ในระยะแรก PVC จะถูกถ่ายโอนจากไซโตพลาสซึมไปยังไมโตคอนเดรีย ซึ่งพีวีซีจะทำปฏิกิริยากับเอนไซม์เมทริกซ์และก่อตัวเป็น 1) คาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งถูกกำจัดออกจากเซลล์ 2) อะตอมไฮโดรเจนซึ่งถูกส่งโดยโมเลกุลพาหะไปยังเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย 3) อะเซทิลโคเอ็นไซม์เอ (acetyl-CoA)
B. ในระยะที่สอง acetyl coenzyme A จะถูกออกซิไดซ์ในวงจร Krebs วัฏจักรเครบส์ (วัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก วัฏจักรกรดซิตริก) เป็นลูกโซ่ของปฏิกิริยาต่อเนื่องโดยที่โมเลกุลของอะซีติล-โคเอ หนึ่งโมเลกุลจะผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ 2 โมเลกุล 2) โมเลกุล ATP 1 โมเลกุล และ 3) อะตอมไฮโดรเจน 4 คู่ที่ถูกถ่ายโอนไปยัง โมเลกุล - ตัวขนส่ง - NAD และ FAD ดังนั้นจากผลของไกลโคไลซิสและวงจรเครบส์ โมเลกุลกลูโคสจึงถูกแบ่งออกเป็น CO 2 และพลังงานที่ปล่อยออกมาในกรณีนี้จะใช้ในการสังเคราะห์ 4 ATP และสะสมใน 10 NADH และ 4 FADH 2
B. ในระยะที่สาม อะตอมไฮโดรเจนที่มี NADH และ FADH 2 จะถูกออกซิไดซ์โดยโมเลกุลออกซิเจน O 2 เพื่อสร้างน้ำ NADH หนึ่งตัวสามารถสร้าง ATP ได้ 3 ตัว และ FADH หนึ่งตัวสามารถสร้าง ATP ได้ 2 –2 ตัว ดังนั้นพลังงานที่ปล่อยออกมาในกรณีนี้จะถูกเก็บไว้ในรูปของ ATP อีก 34 ตัว
กระบวนการนี้ดำเนินไปดังนี้ อะตอมของไฮโดรเจนมีความเข้มข้นใกล้ด้านนอกของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน พวกมันสูญเสียอิเล็กตรอนซึ่งถูกถ่ายโอนผ่านสายโซ่โมเลกุลพาหะ (ไซโตโครม) ของสายโซ่ขนส่งอิเล็กตรอน (ETC) ไปยังด้านในของเยื่อหุ้มชั้นใน ซึ่งพวกมันรวมตัวกับโมเลกุลออกซิเจน:
โอ 2 + อี - → โอ 2 - .
อันเป็นผลมาจากกิจกรรมของเอนไซม์ในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นในจึงมีประจุลบจากภายใน (เนื่องจาก O 2 -) และประจุบวกจากภายนอก (เนื่องจาก H +) ดังนั้นความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น ถูกสร้างขึ้นระหว่างพื้นผิวของมัน โมเลกุลของเอนไซม์ ATP synthetase ซึ่งมีช่องไอออนถูกสร้างขึ้นในเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย เมื่อความต่างศักย์ไฟฟ้าของเมมเบรนถึงระดับวิกฤต อนุภาค H + ที่มีประจุบวกเริ่มถูกผลักผ่านช่อง ATPase ด้วยแรงของสนามไฟฟ้า และเมื่ออยู่บนพื้นผิวด้านในของเมมเบรน จะมีปฏิกิริยากับออกซิเจนจนเกิดเป็นน้ำ:
1/2O 2 - +2H + → H 2 O
พลังงานของไฮโดรเจนไอออน H + ที่ถูกส่งผ่านช่องไอออนของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นในนั้นถูกใช้เพื่อฟอสโฟรีเลท ADP เข้าสู่ ATP:
ADP + P → เอทีพี
การก่อตัวของ ATP ในไมโตคอนเดรียโดยมีส่วนร่วมของออกซิเจนนี้เรียกว่าออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชั่น
สมการโดยรวมของการสลายกลูโคสระหว่างการหายใจของเซลล์คือ:
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 38H 3 PO 4 + 38ADP → 6CO 2 + 44H 2 O + 38ATP
ดังนั้นในระหว่างไกลโคไลซิสจะมีการสร้างโมเลกุล ATP 2 โมเลกุลในระหว่างการหายใจของเซลล์ - รวม 36 โมเลกุล ATP โดยรวมพร้อมกับออกซิเดชันที่สมบูรณ์ของกลูโคส - 38 โมเลกุล ATP
แลกพลาสติก
เมแทบอลิซึมของพลาสติกหรือการดูดกลืนเป็นชุดของปฏิกิริยาที่รับประกันการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนจากปฏิกิริยาที่ง่ายกว่า (การสังเคราะห์ด้วยแสง การสังเคราะห์ทางเคมี การสังเคราะห์โปรตีน ฯลฯ )
สิ่งมีชีวิตเฮเทอโรโทรฟิคสร้างอินทรียวัตถุของตัวเองจากส่วนประกอบของอาหารออร์แกนิก การดูดซึมแบบ Heterotrophic จะลดลงเนื่องจากการจัดเรียงโมเลกุลใหม่:
สารอาหารอินทรีย์ (โปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต) → โมเลกุลอินทรีย์เชิงเดี่ยว (กรดอะมิโน กรดไขมัน โมโนแซ็กคาไรด์) → โมเลกุลขนาดใหญ่ของร่างกาย (โปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต)
สิ่งมีชีวิตออโตโทรฟิกสามารถสังเคราะห์สารอินทรีย์จากโมเลกุลอนินทรีย์ที่บริโภคจากสิ่งแวดล้อมภายนอกได้อย่างอิสระอย่างสมบูรณ์ ในกระบวนการของภาพถ่ายและการสังเคราะห์ทางเคมีจะเกิดสารประกอบอินทรีย์อย่างง่าย ๆ ซึ่งต่อมามีการสังเคราะห์โมเลกุลขนาดใหญ่:
สารอนินทรีย์ (CO 2, H 2 O) → โมเลกุลอินทรีย์อย่างง่าย (กรดอะมิโน, กรดไขมัน, โมโนแซ็กคาไรด์) → โมเลกุลขนาดใหญ่ของร่างกาย (โปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต)
การสังเคราะห์ด้วยแสง
การสังเคราะห์ด้วยแสง- การสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์จากสารอนินทรีย์โดยใช้พลังงานแสง
สมการโดยรวมสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงคือ:
การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นพร้อมกับการมีส่วนร่วม เม็ดสีสังเคราะห์แสงซึ่งมีคุณสมบัติพิเศษในการแปลงพลังงานจากแสงอาทิตย์เป็นพลังงานพันธะเคมีในรูปของ ATP เม็ดสีสังเคราะห์แสงเป็นสารคล้ายโปรตีน เม็ดสีที่สำคัญที่สุดคือคลอโรฟิลล์ ในยูคาริโอต เม็ดสีสังเคราะห์แสงจะถูกฝังอยู่ในเยื่อหุ้มชั้นในของพลาสติด ส่วนในโปรคาริโอต จะถูกฝังอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม
โครงสร้างของคลอโรพลาสต์นั้นคล้ายกับโครงสร้างของไมโตคอนเดรียมาก เยื่อหุ้มชั้นในของ Grana thylakoids ประกอบด้วยเม็ดสีสังเคราะห์แสง เช่นเดียวกับโปรตีนในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน และโมเลกุลของเอนไซม์ ATP synthetase
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงประกอบด้วยสองขั้นตอน: แสงและความมืด
1. ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นเฉพาะในแสงในเมมเบรนของ grana thylakoids
ซึ่งรวมถึงการดูดกลืนควอนตัมแสงด้วยคลอโรฟิลล์ การสร้างโมเลกุล ATP และโฟโตไลซิสของน้ำ
ภายใต้อิทธิพลของควอนตัมแสง (hv) คลอโรฟิลล์จะสูญเสียอิเล็กตรอนและเข้าสู่สภาวะตื่นเต้น:
อิเลคตรอนเหล่านี้ถูกพาหะถ่ายโอนไปยังพื้นผิวด้านนอกของเมมเบรนไทลาคอยด์ ซึ่งก็คือหันหน้าไปทางเมทริกซ์ซึ่งเป็นจุดที่พวกมันสะสมอยู่
ในเวลาเดียวกันโฟโตไลซิสของน้ำเกิดขึ้นภายในไทลาคอยด์นั่นคือการสลายตัวภายใต้อิทธิพลของแสง:
อิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจะถูกถ่ายโอนโดยพาหะไปยังโมเลกุลคลอโรฟิลล์และลดลง โมเลกุลของคลอโรฟิลล์กลับคืนสู่สภาวะคงตัว
โปรตอนไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นระหว่างโฟโตไลซิสของน้ำสะสมอยู่ภายในไทลาคอยด์ ทำให้เกิดอ่างเก็บน้ำ H + เป็นผลให้พื้นผิวด้านในของเมมเบรน thylakoid มีประจุเป็นบวก (เนื่องจาก H +) และพื้นผิวด้านนอกมีประจุเป็นลบ (เนื่องจาก e -) เมื่ออนุภาคที่มีประจุตรงข้ามสะสมอยู่ทั้งสองด้านของเมมเบรน ความต่างศักย์จะเพิ่มขึ้น เมื่อความต่างศักย์ถึงค่าวิกฤต แรงสนามไฟฟ้าจะเริ่มผลักโปรตอนผ่านช่อง ATP synthetase พลังงานที่ปล่อยออกมาในกรณีนี้จะนำไปใช้กับโมเลกุลฟอสโฟรีเลท ADP:
ADP + P → เอทีพี
เรียกว่าการก่อตัวของ ATP ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงภายใต้อิทธิพลของพลังงานแสง โฟโตฟอสโฟรีเลชั่น.
ไอออนของไฮโดรเจนซึ่งครั้งหนึ่งอยู่บนพื้นผิวด้านนอกของเมมเบรนไทลาคอยด์ จะพบกับอิเล็กตรอนที่นั่นและก่อตัวเป็นอะตอมไฮโดรเจน ซึ่งจับกับโมเลกุลตัวพาไฮโดรเจน NADP (นิโคตินาไมด์ อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์ ฟอสเฟต):
2Н + + 4е – + NADP + → NADPH 2 .
ดังนั้นในช่วงระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง กระบวนการสามอย่างจึงเกิดขึ้น: การก่อตัวของออกซิเจนเนื่องจากการสลายตัวของน้ำ การสังเคราะห์ ATP และการก่อตัวของอะตอมไฮโดรเจนในรูปของ NADPH 2 ออกซิเจนกระจายสู่ชั้นบรรยากาศ และ ATP และ NADPH 2 มีส่วนร่วมในกระบวนการของระยะมืด
2. ระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในเมทริกซ์คลอโรพลาสต์ทั้งในแสงและในความมืด และแสดงถึงชุดของการเปลี่ยนแปลงตามลำดับของ CO 2 ที่มาจากอากาศในวัฏจักรคาลวิน ปฏิกิริยาเฟสมืดดำเนินการโดยใช้พลังงานของ ATP ในวัฏจักรคัลวิน CO 2 จะรวมตัวกับไฮโดรเจนจาก NADPH 2 เพื่อสร้างกลูโคส
ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง นอกเหนือจากโมโนแซ็กคาไรด์ (กลูโคส ฯลฯ) แล้ว โมโนเมอร์ของสารประกอบอินทรีย์อื่น ๆ ก็ถูกสังเคราะห์ด้วย - กรดอะมิโน กลีเซอรอล และกรดไขมัน ด้วยเหตุนี้ ด้วยการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชจึงจัดหาสารอินทรีย์และออกซิเจนที่จำเป็นให้กับตัวเองและสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลก
ลักษณะเปรียบเทียบของการสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจของยูคาริโอต
| เข้าสู่ระบบ | การสังเคราะห์ด้วยแสง | ลมหายใจ |
| สมการปฏิกิริยา | 6CO 2 + 6H 2 O + พลังงานแสง → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 | C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + พลังงาน (ATP) |
| วัสดุเริ่มต้น | คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ | |
| ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา | อินทรียวัตถุออกซิเจน | คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ |
| ความสำคัญในวัฏจักรของสาร | การสังเคราะห์สารอินทรีย์จากสารอนินทรีย์ | การสลายตัวของสารอินทรีย์ให้เป็นสารอนินทรีย์ |
| การแปลงพลังงาน | การแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานของพันธะเคมีของสารอินทรีย์ | การแปลงพลังงานของพันธะเคมีของสารอินทรีย์ให้เป็นพลังงานของพันธะพลังงานสูงของ ATP |
| ขั้นตอนสำคัญ | ระยะแสงและความมืด (รวมวัฏจักรคาลวิน) | ออกซิเดชันที่ไม่สมบูรณ์ (ไกลโคไลซิส) และออกซิเดชันโดยสมบูรณ์ (รวมถึงวงจรเครบส์) |
| ตำแหน่งของกระบวนการ | คลอโรพลาสต์ | ไฮยาโลพลาสซึม (ออกซิเดชันที่ไม่สมบูรณ์) และไมโตคอนเดรีย (ออกซิเดชันโดยสมบูรณ์) |
ข้อมูลทางพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดจะถูกจัดเก็บในรูปแบบของลำดับเฉพาะของนิวคลีโอไทด์ของ DNA (หรือ RNA ในไวรัส RNA) โปรคาริโอตมีข้อมูลทางพันธุกรรมอยู่ในรูปของโมเลกุล DNA เดี่ยว ในเซลล์ยูคาริโอต สารพันธุกรรมจะกระจายอยู่ในโมเลกุล DNA หลายโมเลกุลที่จัดเป็นโครโมโซม
DNA ประกอบด้วยส่วนที่เข้ารหัสและส่วนที่ไม่เข้ารหัส การเข้ารหัสรหัสภูมิภาคสำหรับ RNA บริเวณที่ไม่มีการเข้ารหัสของ DNA ทำหน้าที่ โครงสร้างฟังก์ชั่นทำให้สามารถบรรจุส่วนของสารพันธุกรรมในลักษณะเฉพาะหรือ กฎระเบียบทำงานโดยการมีส่วนร่วมในการรวมยีนที่ควบคุมการสังเคราะห์โปรตีน
บริเวณการเข้ารหัสของ DNA คือยีน ยีน
- ส่วนหนึ่งของโมเลกุล DNA ที่เข้ารหัสการสังเคราะห์ mRNA หนึ่งตัว (และโพลีเปปไทด์ตามลำดับ), rRNA หรือ tRNA
เรียกว่าบริเวณโครโมโซมซึ่งมียีนอยู่ สถานที่
- ชุดของยีนในนิวเคลียสของเซลล์คือ จีโนไทป์
ชุดของยีนของชุดโครโมโซมเดี่ยว - จีโนม
ชุดของยีน DNA นอกนิวเคลียร์ (ไมโตคอนเดรีย, พลาสติด, ไซโตพลาสซึม) - พลาสมอน
.
การนำข้อมูลที่บันทึกไว้ในยีนไปใช้ผ่านการสังเคราะห์โปรตีนเรียกว่า การแสดงออก
(การสำแดง) ของยีน ข้อมูลทางพันธุกรรมจะถูกจัดเก็บเป็นลำดับเฉพาะของนิวคลีโอไทด์ของ DNA และนำไปใช้เป็นลำดับของกรดอะมิโนในโปรตีน RNA ทำหน้าที่เป็นตัวกลางและผู้ให้บริการข้อมูล นั่นคือการนำข้อมูลทางพันธุกรรมไปใช้เกิดขึ้นดังนี้:
ดีเอ็นเอ → อาร์เอ็นเอ → โปรตีน
กระบวนการนี้ดำเนินการในสองขั้นตอน:
1) การถอดความ;
2) การออกอากาศ
การถอดเสียง(ตั้งแต่ lat. การถอดเสียง- เขียนใหม่) - การสังเคราะห์ RNA โดยใช้ DNA เป็นเทมเพลต เป็นผลให้เกิด mRNA, tRNA และ rRNA กระบวนการถอดรหัสต้องใช้พลังงานจำนวนมากในรูปของ ATP และดำเนินการโดยเอนไซม์ RNA polymerase
ในเวลาเดียวกัน ไม่ใช่การคัดลอกโมเลกุล DNA ทั้งหมด แต่จะมีเพียงแต่ละส่วนของมันเท่านั้น ส่วนดังกล่าว ( การถอดเสียง) เริ่มต้นขึ้น โปรโมเตอร์- ส่วนของ DNA ที่ RNA polymerase เกาะติด และจุดที่การถอดรหัสเริ่มต้นและสิ้นสุด เทอร์มิเนเตอร์- ส่วนของ DNA ที่มีสัญญาณสำหรับการสิ้นสุดการถอดรหัส Transcripton เป็นยีนจากมุมมองของอณูชีววิทยา
การถอดความ เช่นเดียวกับการจำลองแบบ ขึ้นอยู่กับความสามารถของฐานไนโตรเจนของนิวคลีโอไทด์ในการจับเสริม ในระหว่างการถอดความ DNA สายคู่จะหัก และการสังเคราะห์ RNA จะดำเนินการตามสาย DNA เส้นเดียว
ในระหว่างกระบวนการถอดรหัส ลำดับของนิวคลีโอไทด์ของ DNA จะถูกคัดลอกไปยังโมเลกุล mRNA ที่สังเคราะห์ขึ้น ซึ่งทำหน้าที่เป็นแม่แบบในกระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพของโปรตีน
ยีนโปรคาริโอตประกอบด้วยการเข้ารหัสลำดับนิวคลีโอไทด์เท่านั้น
ยีนยูคาริโอตประกอบด้วยการเข้ารหัสแบบสลับ ( เอ็กซอน) และการไม่เข้ารหัส ( อินตรอน) แปลง
หลังจากการถอดรหัส ส่วนของ mRNA ที่เกี่ยวข้องกับอินตรอนจะถูกลบออกในระหว่างการต่อประกบ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของการประมวลผล
กำลังประมวลผล- กระบวนการสร้าง mRNA ที่เจริญเต็มที่จากสารตั้งต้น pre-mRNA ประกอบด้วยสองเหตุการณ์หลัก 1. การติดลำดับนิวคลีโอไทด์สั้น ๆ ที่ปลาย mRNA เพื่อระบุจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการแปล 2. การต่อประกบ- การกำจัดลำดับ mRNA ที่ไม่ให้ข้อมูลซึ่งสอดคล้องกับอินตรอน DNA ผลจากการประกบทำให้น้ำหนักโมเลกุลของ mRNA ลดลง 10 เท่า
ออกอากาศ(ตั้งแต่ lat. การแปล- การแปล) - การสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์โดยใช้ mRNA เป็นเทมเพลต
RNA ทั้งสามประเภทเกี่ยวข้องกับการแปล: mRNA เป็นเมทริกซ์ข้อมูล tRNA ส่งกรดอะมิโนและจดจำโคดอน rRNA ร่วมกับโปรตีนจะก่อตัวเป็นไรโบโซมซึ่งเก็บ mRNA, tRNA และโปรตีนและดำเนินการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์
ขั้นตอนการออกอากาศ
| เวที | พิมพ์ |
| การเริ่มต้น | การประกอบสารเชิงซ้อนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์ หน่วยย่อยไรโบโซมขนาดเล็กจับกับตัวริเริ่ม met-t อาร์เอ็นเอแล้วตามด้วยม ร k หลังจากนั้นจะเกิดการก่อตัวของไรโบโซมทั้งหมดซึ่งประกอบด้วยอนุภาคย่อยขนาดเล็กและขนาดใหญ่ |
| การยืดตัว | การยืดตัวของสายโซ่โพลีเปปไทด์ ไรโบโซมเคลื่อนที่ไปตาม อาร์เอ็นเอซึ่งมาพร้อมกับการทำซ้ำหลายครั้งของวัฏจักรของการเติมกรดอะมิโนถัดไปให้กับสายพอลิเปปไทด์ที่กำลังเติบโต |
| การสิ้นสุด | เสร็จสิ้นการสังเคราะห์โมเลกุลโพลีเปปไทด์ ไรโบโซมไปถึงหนึ่งในสามของรหัสหยุด m อาร์เอ็นเอและเนื่องจากไม่มีอยู่จริง อาร์เอ็นเอเมื่อแอนติโคดอนมาเสริมเพื่อหยุดโคดอน การสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์จะหยุดลง มันถูกปล่อยออกมาและแยกออกจากไรโบโซม อนุภาคย่อยของไรโบโซมแยกตัวออกจาก mRNA และสามารถมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์ถัดไป |
ปฏิกิริยาการสังเคราะห์เทมเพลต
- การทำสำเนา DNA ด้วยตนเอง (การจำลองแบบ);
- การก่อตัวของ mRNA, tRNA และ rRNA บนโมเลกุล DNA (การถอดความ);
- การสังเคราะห์โปรตีนเป็น mRNA (การแปล)
ปฏิกิริยาทั้งหมดนี้มีอะไรเหมือนกันคือโมเลกุล DNA ในกรณีหนึ่งหรือโมเลกุล mRNA ในอีกกรณีหนึ่งทำหน้าที่เป็นเมทริกซ์ที่สร้างโมเลกุลที่เหมือนกันขึ้นมา ปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทริกซ์เป็นพื้นฐานของความสามารถของสิ่งมีชีวิตในการสืบพันธุ์ของพวกมันเอง
การควบคุมการแสดงออกของยีน- ร่างกายของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ประกอบด้วยเซลล์หลายประเภท โครงสร้างและหน้าที่ต่างกัน กล่าวคือ ต่างกัน ความแตกต่างปรากฏให้เห็นในความจริงที่ว่านอกเหนือจากโปรตีนที่จำเป็นสำหรับเซลล์ใด ๆ ของร่างกายแล้วเซลล์แต่ละประเภทยังสังเคราะห์โปรตีนพิเศษด้วย: เคราตินถูกสร้างขึ้นในหนังกำพร้า, เฮโมโกลบินถูกสร้างขึ้นในเม็ดเลือดแดง ฯลฯ ความแตกต่างของเซลล์เกิดจาก การเปลี่ยนแปลงในชุดของยีนที่แสดงออกและไม่ได้มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของลำดับดีเอ็นเอที่ไม่สามารถย้อนกลับได้
การแบ่งเซลล์
ชุดโครโมโซม
ชุดโครโมโซม - ชุดโครโมโซมที่มีอยู่ในนิวเคลียส เซลล์มีร่างกายและทางเพศทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชุดโครโมโซม
โซมาติกและเซลล์สืบพันธุ์
วัฏจักรของเซลล์
วัฏจักรของเซลล์ (วงจรชีวิตของเซลล์) - การดำรงอยู่ของเซลล์ตั้งแต่วินาทีกำเนิดอันเป็นผลมาจากการแบ่งเซลล์แม่จนกระทั่งการแบ่งตัวหรือการตายของมันเอง ระยะเวลาของวัฏจักรของเซลล์ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ สถานะการทำงานของเซลล์ และสภาพแวดล้อม วัฏจักรของเซลล์รวมถึงวงจรไมโทติคและช่วงพัก
ใน ระยะเวลาที่เหลือ
(G 0) เซลล์ทำหน้าที่โดยธรรมชาติและเลือกชะตากรรมในอนาคต - มันจะตายหรือกลับไปสู่วงจรไมโทติค ในการสืบพันธุ์เซลล์อย่างต่อเนื่อง วัฏจักรของเซลล์เกิดขึ้นพร้อมกับวงจรไมโทติส และไม่มีช่วงพัก
วงจรไมโทติค
ประกอบด้วยสี่ช่วงเวลา: presynthetic (postmitotic) - G 1, สังเคราะห์ - S, postsynthetic (premitotic) - G 2, mitosis - M. สามช่วงแรกคือการเตรียมเซลล์สำหรับการแบ่งตัว ( อินเตอร์เฟส) ช่วงที่สี่คือการแบ่งตัว (ไมโทซิส)
อินเตอร์เฟส -เตรียมเซลล์เพื่อการแบ่งตัว
ช่วงเวลาระหว่างเฟส
การแบ่งเซลล์ยูคาริโอต
พื้นฐานสำหรับการสืบพันธุ์และการพัฒนาสิ่งมีชีวิตส่วนบุคคลคือการแบ่งเซลล์
เซลล์ยูคาริโอตแบ่งได้ 3 วิธี คือ
- amitosis (การแบ่งโดยตรง)
- ไมโทซิส (การแบ่งทางอ้อม)
- ไมโอซิส (การแบ่งส่วน)
อะมิโทซิส- วิธีการแบ่งเซลล์ที่หาได้ยาก ลักษณะเฉพาะของการแก่ชราหรือเซลล์เนื้องอก ในอะไมโทซิส นิวเคลียสจะถูกแบ่งด้วยการหดตัวและไม่รับประกันการกระจายตัวของสารทางพันธุกรรมที่สม่ำเสมอ หลังจากอะไมโทซิส เซลล์จะไม่สามารถเข้าสู่การแบ่งไมโทติคได้
ไมโทซีส- การแบ่งเซลล์ประเภทหนึ่งซึ่งเซลล์ลูกได้รับสารพันธุกรรมเหมือนกับที่มีอยู่ในเซลล์แม่ ผลจากการแบ่งเซลล์ เซลล์ดิพลอยด์หนึ่งเซลล์จะสร้างเซลล์ดิพลอยด์สองเซลล์ ซึ่งมีพันธุกรรมเหมือนกันกับเซลล์แม่
ระยะของไมโทซิส
| เฟส | จำนวนโครโมโซมและโครมาทิด | กระบวนการ |
| คำทำนาย | 2n4c | เกลียวโครโมโซม เซนทริโอล (ในเซลล์สัตว์) แยกออกไปที่ขั้วของเซลล์ เยื่อหุ้มนิวเคลียสสลายตัว นิวคลีโอลีหายไป และแกนหมุนเริ่มก่อตัว |
| เมตาเฟส | 2n4c | โครโมโซมประกอบด้วยโครมาทิดสองตัวเกาะติดกัน เซนโทรเมียร์(การหดตัวหลัก) ไปจนถึงเส้นใยของสปินเดิล ยิ่งไปกว่านั้น พวกมันทั้งหมดยังอยู่ในระนาบเส้นศูนย์สูตรอีกด้วย โครงสร้างนี้เรียกว่า แผ่นเมตาเฟส. |
| แอนาเฟส | 2n2c | เซนโทรเมียร์จะแบ่งตัว และเส้นใยของสปินเดิลจะยืดโครมาทิดที่แยกออกจากกันไปยังขั้วตรงข้ามกัน ตอนนี้เรียกว่าโครมาทิดที่แยกจากกัน โครโมโซมลูกสาว. |
| เทโลเฟส | 2n2c | โครโมโซมลูกสาวไปถึงขั้วเซลล์ เส้นใยสปินเดิลที่สิ้นหวังถูกทำลาย เยื่อหุ้มนิวเคลียสถูกสร้างขึ้นรอบๆ โครโมโซม และนิวคลีโอลีกลับคืนมา นิวเคลียสทั้งสองที่เกิดขึ้นมีความเหมือนกันทางพันธุกรรม ตามมาด้วย ไซโตไคเนซิส(การแบ่งตัวของไซโตพลาสซึม) ซึ่งส่งผลให้เกิดการก่อตัวเป็นสองส่วน เซลล์ลูกสาว- ออร์แกเนลล์มีการกระจายเท่าๆ กันระหว่างพวกมัน |
ความสำคัญทางชีวภาพของไมโทซีส:
- มีเสถียรภาพทางพันธุกรรม
- จำนวนเซลล์ในร่างกายเพิ่มขึ้น
- ร่างกายเติบโตขึ้น
- ปรากฏการณ์การฟื้นฟูและการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศเกิดขึ้นได้ในสิ่งมีชีวิตบางชนิด
ไมโอซิส
ไมโอซิส- ประเภทของการแบ่งเซลล์พร้อมกับการลดจำนวนโครโมโซม จากผลของไมโอซิส เซลล์ดิพลอยด์หนึ่งเซลล์จึงสร้างเซลล์เดี่ยวสี่เซลล์ ซึ่งมีพันธุกรรมแตกต่างจากเซลล์ของมารดา ในระหว่างไมโอซิส การแบ่งเซลล์สองครั้งเกิดขึ้น (การแบ่งไมโอติกที่หนึ่งและสอง) และจำนวนโครโมโซมที่เพิ่มขึ้นสองเท่าจะเกิดขึ้นก่อนการแบ่งครั้งแรกเท่านั้น
ระยะของไมโอซิส
| เฟส | จำนวนโครโมโซมและโครมาทิด | กระบวนการ |
| โพรเฟส I | 2n4c | กระบวนการที่คล้ายกับการทำนายการเกิดไมโทซีสเกิดขึ้น นอกจากนี้ โครโมโซมที่คล้ายคลึงกันซึ่งแสดงด้วยโครมาทิดสองตัวจะเข้ามาใกล้กันและ "เกาะติดกัน" ซึ่งกันและกัน กระบวนการนี้เรียกว่า การผันคำกริยา- ในกรณีนี้เกิดการแลกเปลี่ยนส่วนของโครโมโซมคล้ายคลึงกันเกิดขึ้น - ข้ามไป(การข้ามโครโมโซม) คือการแลกเปลี่ยนข้อมูลทางพันธุกรรม หลังจากการผันคำกริยา โครโมโซมที่คล้ายคลึงกันจะถูกแยกออกจากกัน |
| เมตาเฟส I | 2n4c | กระบวนการที่คล้ายกับกระบวนการเมตาเฟสของไมโทซีสเกิดขึ้น |
| แอนาเฟส I | 1n2c | เซนโทรเมียร์ไม่แบ่งตัวและโครโมโซมแต่ละตัวจากแต่ละโครโมโซมจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วของเซลล์ไม่เหมือนกับแอนนาเฟสของไมโทซีส แต่จะมีเพียงโครโมโซมเดียวที่ประกอบด้วยโครมาทิด 2 โครมาทิดและยึดติดกันด้วยเซนโทรเมียร์ร่วม |
| เทโลเฟส I | 1n2c | เซลล์สองเซลล์ที่มีชุดเดี่ยวเกิดขึ้น |
| อินเตอร์เฟส | 1n2c | สั้น. การจำลองแบบ DNA (การเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า) จะไม่เกิดขึ้น ดังนั้นจึงไม่สามารถฟื้นฟูความซ้ำซ้อนได้ |
| คำทำนายครั้งที่สอง | 1n2c | |
| เมตาเฟส II | 1n2c | คล้ายกับกระบวนการระหว่างไมโทซิส |
| แอนาเฟส II | 1n1c | คล้ายกับกระบวนการระหว่างไมโทซิส |
| เทโลเฟส II | 1n1c | คล้ายกับกระบวนการระหว่างไมโทซิส |
ความสำคัญทางชีวภาพของไมโอซิส:
- พื้นฐานของการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ
- พื้นฐานของความแปรปรวนแบบรวมกัน
การแบ่งเซลล์โปรคาริโอต
โปรคาริโอตไม่มีไมโทซิสหรือไมโอซิส แบคทีเรียสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ - การแบ่งเซลล์ใช้การรัดหรือฉากกั้นให้บ่อยน้อยลง กำลังเบ่งบาน- กระบวนการเหล่านี้นำหน้าด้วยการเพิ่มโมเลกุล DNA แบบวงกลมเป็นสองเท่า
นอกจากนี้แบคทีเรียยังมีกระบวนการทางเพศ - การผันคำกริยา- ในระหว่างการผันคำกริยาผ่านช่องทางพิเศษที่เกิดขึ้นระหว่างสองเซลล์ ชิ้นส่วน DNA ของเซลล์หนึ่งจะถูกถ่ายโอนไปยังอีกเซลล์หนึ่ง นั่นคือข้อมูลทางพันธุกรรมที่มีอยู่ใน DNA ของทั้งสองเซลล์จะเปลี่ยนไป เนื่องจากจำนวนแบคทีเรียไม่เพิ่มขึ้น จึงมีการใช้แนวคิดเรื่อง "กระบวนการทางเพศ" เพื่อความถูกต้อง แต่ไม่ใช่ "การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ"
- การสังเคราะห์เอทีพี
- ผลของแสงต่อคลอโรฟิลล์
- การบริโภค ATP ต่อปฏิกิริยาการสังเคราะห์กลูโคสจาก CO 2 และ H 2 O
- การถ่ายโอนอิเล็กตรอนโดยพลาสโตควิโนนไปยังพื้นผิวด้านนอกของไทลาคอยด์
- โฟโตไลซิสของน้ำ
- การสะสมของโปรตอน H+ บนพื้นผิวด้านในของไทลาคอยด์
- โปรตอนเลื่อนผ่านช่อง ATP synthetase
- การลด Mn โดยเอนไซม์โฟโตไลซิสเป็นสถานะออกซิเดชัน +7
ลำดับขั้นตอนการสืบพันธุ์ของไวรัส (ตามลำดับเวลา)
- ขั้นตอนการดูดซับ
- ขั้นตอนการประกอบ (การจัดระเบียบตนเอง) ของอนุภาคไวรัส
- ขั้นตอนการฉีด
- การจำลองโมเลกุลของกรดนิวคลีอิกของไวรัส
- ขั้นตอนการสลาย
- การสังเคราะห์โปรตีนและเอนไซม์ที่จำเพาะต่อไวรัส
ลำดับขององค์ประกอบทางเคมีตามความเข้มข้นในเซลล์ (เรียงลำดับจากมากไปน้อย)
- ทอง
- คาร์บอน
- โพแทสเซียม
- เหล็ก
- เงิน
ลำดับขององค์ประกอบทางเคมีตามความเข้มข้นในเซลล์ (จากน้อยไปหามาก)
- คาร์บอน
- แมกนีเซียม
ลำดับที่สะท้อนโครงสร้างของเซลล์ไซโตเลมมาจากด้านนอกสู่ชั้นใน (ตามลำดับเวลา)
- โซนไขมันที่ไม่ชอบน้ำ
- โมเลกุลโปรตีน
- ไกลโคคาลิกซ์ โพลีแซ็กคาไรด์
- โซนที่ชอบน้ำของโมเลกุลไขมัน
ลำดับที่สะท้อนโครงสร้างของไมโตคอนเดรียจากชั้นนอกถึงชั้นใน (ตามลำดับเวลา)
- เมทริกซ์
- เยื่อหุ้มชั้นนอก
- ตัวเห็ด
- พื้นที่ระหว่างเมมเบรน
- เยื่อหุ้มชั้นใน
- พับของเยื่อหุ้มชั้นใน
ลำดับของกระบวนการระหว่างพิโนไซโทซิส (ตามลำดับเวลา)
- การปลดถุง pinocytotic ออกจากไซโตเลมมา
- การที่โมเลกุลภายนอกเข้าสู่ตัวรับไกลโคคาลิกซ์
- การเคลื่อนย้ายโมเลกุลที่ติดอยู่จากภายนอกไปยังบริเวณไซโตพลาสซึม
- การรุกรานของไซโตเลมมาที่มีโมเลกุลติดอยู่
- นำขอบของการบุกรุกเข้ามาใกล้กันและปิดมัน
ลำดับการเชื่อมโยงในห่วงโซ่การไหลของพลังงานในเซลล์เฮเทอโรโทรฟ (จากน้อยไปหามาก)
- พลังงานแสงอาทิตย์
- รูปแบบการทำงานต่างๆ
- เฮเทอโรโทรฟ
- ออโตโทรฟ
- สารอินทรีย์
12. ลำดับปฏิกิริยาของระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง (ตามลำดับเวลา)
1. การแยกอิเล็กตรอนออกจากโมเลกุลคลอโรฟิลล์และการถ่ายโอนโดยโมเลกุลพาหะไปยังเยื่อหุ้มชั้นนอกของคลอโรพลาสต์
2. การส่องสว่างของคลอโรพลาสต์ด้วยแสงแดด
3. การกระตุ้นโมเลกุลคลอโรฟิลล์ภายใต้การกระทำของโฟตอน
4. การเกิดขึ้นของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวทั้งสองของเมมเบรนคลอโรพลาสต์เนื่องจากความเข้มข้นของอิเล็กตรอนและโปรตอนบนพวกมัน
5. การสลายตัวของโมเลกุลของน้ำให้เป็นออกซิเจนและโปรตอนที่มีประจุบวก
13. ลำดับขั้นตอนของการเผาผลาญพลังงาน
- ออกซิเดชันของกรดไพรูวิกกับคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ
- การสังเคราะห์เอทีพี 36 โมเลกุล
- การเข้ามาของสารอินทรีย์เข้าสู่เซลล์
- การสลายกลูโคสเป็นกรดไพรูวิก
- การแยกไบโอโพลีเมอร์ออกเป็นโมโนเมอร์
- การสังเคราะห์เอทีพี 2 โมเลกุล
14. ลำดับของปรากฏการณ์และกระบวนการที่เกิดขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน (ตามลำดับเวลา)
- การรวมโมเลกุล tRNA สองตัวกับกรดอะมิโนเข้ากับ mRNA
- การเติมกรดอะมิโนให้กับ tRNA
- การสังเคราะห์ mRNA บนเทมเพลต DNA
- การเคลื่อนที่ของ mRNA จากนิวเคลียสไปยังไรโบโซม
- ปฏิกิริยาของกรดอะมิโนที่เกาะกับ mRNA การก่อตัวของพันธะเปปไทด์
- การร้อยสายไรโบโซมลงบน mRNA
- การส่งกรดอะมิโนไปยังไรโบโซม
15. ลำดับการจำลองดีเอ็นเอ (ตามลำดับเวลา)
- การจับกันของโปรตีนที่ไม่เสถียรกับสาย DNA
- การกำจัดไพรเมอร์ RNA
- การทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างฐานไนโตรเจน
- ความสมบูรณ์ของปลาย 3' ของโมเลกุล DNA เชิงเส้น
- การสร้างไพรเมอร์ RNA
- การก่อตัวของสาย DNA ของลูกสาว
ลำดับขั้นของวงจรชีวิตของเซลล์ (ตามลำดับเวลา)
- คาบสังเคราะห์ (S)
- ไมโทซีส
- ระยะเวลาสังเคราะห์(G 1)
- ระยะก่อนกำหนด(G 2)
17. ลำดับของปรากฏการณ์และกระบวนการที่เกิดขึ้นเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับและระหว่างการแบ่งเซลล์ (ตามลำดับเวลา)
- การทำให้โครโมโซมเสื่อมลง
- การเกาะติดของโครโมโซมกับแกนหมุน
- DNA ของเซลล์เพิ่มขึ้นสองเท่า
- การก่อตัวของนิวเคลียสระหว่างเฟสของเซลล์ลูกสาว
- เกลียวโครโมโซม
- ความแตกต่างของโครมาทิดลูกสาวกับขั้วเซลล์
ลำดับของกระบวนการในเมตาเฟสของไมโทซีส (ตามลำดับเวลา)
- เสร็จสิ้นการเคลื่อนที่ของโครโมโซมไปยังแกนหมุน
- เสร็จสิ้นกระบวนการแยกซิสเตอร์โครมาทิดออกจากกัน
- การจัดตำแหน่งของโครโมโซมในระนาบเส้นศูนย์สูตรของแกนหมุน
- การแนบเซนทริโอลไคเนโตชอร์กับเส้นใยของอุปกรณ์ไมโทติส
- การก่อตัวของแผ่นเมตาเฟสของโครโมโซม (ที่เรียกว่าดาวแม่)
1) ให้สิ่งมีชีวิตทั้งหมดมีสารอินทรีย์
2) การแยกไบโอโพลีเมอร์ออกเป็นโมโนเมอร์
3) ออกซิเดชันของสารอินทรีย์ต่อคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ
4) การแปลงพลังงานแสงอาทิตย์
5) เพิ่มคุณค่าบรรยากาศด้วยออกซิเจนที่จำเป็นสำหรับการหายใจ
6) การเสริมดินด้วยเกลือไนโตรเจน
1) การแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงาน ATP
2) การก่อตัวของคลอโรฟิลล์อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้น
3) การตรึงคาร์บอนไดออกไซด์
4) การก่อตัวของแป้ง
5) การแปลงพลังงาน ATP เป็นพลังงานกลูโคส
แหล่งที่มาของไฮโดรเจนสำหรับการลดคาร์บอนไดออกไซด์ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงคือ
1) กรดไฮโดรคลอริก 2) กรดคาร์บอนิก 3) น้ำ 4) คาร์โบไฮเดรตกลูโคส
ในกระบวนการสังเคราะห์ทางเคมี ต่างจากการสังเคราะห์ด้วยแสง
1) สารอินทรีย์เกิดจากสารอนินทรีย์
2) ใช้พลังงานการออกซิเดชั่นของสารอนินทรีย์
3) สารอินทรีย์ถูกย่อยสลายเป็นสารอนินทรีย์
4) คาร์บอนไดออกไซด์เป็นแหล่งของคาร์บอน
สร้างลำดับของกระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง
1) การกระตุ้นของคลอโรฟิลล์อิเล็กตรอน 2) การสังเคราะห์ ATP
3) การตรึง CO2 4) การดูดกลืนควอนตัมแสงโดยโมเลกุลคลอโรฟิลล์
ระยะแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ในการสังเคราะห์โมเลกุล
1) ไขมัน 2) โปรตีน 3) กรดนิวคลีอิก 4) ATP
เมื่อได้รับพลังงานจากแสงแดด อิเล็กตรอนจะมีระดับพลังงานในโมเลกุลสูงขึ้น
1) โปรตีน 2) กลูโคส 3) คลอโรฟิลล์ 4) คาร์บอนไดออกไซด์
ในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์แสงเกิดขึ้น
1) การสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตและการปล่อยออกซิเจน 2) การระเหยของน้ำและการดูดซึมออกซิเจน
3) การแลกเปลี่ยนก๊าซและการสังเคราะห์ไขมัน 4) การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และการสังเคราะห์โปรตีน
สาหร่ายสีแดง (สาหร่ายสีม่วง) อาศัยอยู่ที่ระดับความลึกมาก อย่างไรก็ตามสิ่งนี้การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในเซลล์ของพวกเขา อธิบายว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นได้อย่างไรหากคอลัมน์น้ำดูดซับรังสีจากส่วนสีส้มแดงของสเปกตรัม
ในช่วงมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง ตรงกันข้ามกับระยะแสง
1) โฟโตไลซิสของน้ำ 2) การลดคาร์บอนไดออกไซด์เป็นกลูโคส
3) การสังเคราะห์โมเลกุล ATP โดยใช้พลังงานจากแสงแดด 4) การรวมกันของไฮโดรเจนกับตัวขนส่ง NADP+
5) การใช้พลังงานของโมเลกุล ATP ในการสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรต 6) การสร้างโมเลกุลแป้งจากกลูโคส
ในโมเลกุลคลอโรฟิลล์ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้นภายใต้อิทธิพลของพลังงาน
1) ควอนตัมแสง 2) โมเลกุล AMP 3) โฟโตไลซิสของน้ำ 4) โมเลกุล ATP
เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงจะฝังอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์
1) ไมโตคอนเดรีย 2) เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม 3) ไลโซโซม 4) เม็ดคลอโรพลาสต์
อะตอมไฮโดรเจนถูกปล่อยออกมาในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงเนื่องจากการแตกตัวของโมเลกุล
1) น้ำ 2) กลูโคส 3) ไขมัน 4) โปรตีน
สร้างความสอดคล้องระหว่างคุณลักษณะของกระบวนการและประเภทของกระบวนการ
คุณลักษณะกระบวนการ ประเภทกระบวนการ
A) เกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ 1) การสังเคราะห์ด้วยแสง
B) ประกอบด้วยเฟสแสงและความมืด 2) ไกลโคไลซิส
C) กรดไพรูวิกเกิดขึ้น
D) เกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม
D) ผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือกลูโคส
E) การสลายกลูโคส
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นอย่างเข้มข้นในใบพืช มันเกิดขึ้นในผลไม้สุกและไม่สุกหรือไม่? อธิบายคำตอบของคุณ
ในเซลล์พืชต่างจากเซลล์สัตว์ตรงที่มี
1) การสังเคราะห์ทางเคมี 2) การทำลายเซลล์ 3) การสังเคราะห์ด้วยแสง 4) พิโนไซโตซิส
ลักษณะเฉพาะของการเผาผลาญในพืชเมื่อเปรียบเทียบกับสัตว์คือสิ่งที่เกิดขึ้นในเซลล์ของพวกเขา
1) การสังเคราะห์ทางเคมี 2) เมแทบอลิซึมของพลังงาน 3) การสังเคราะห์ด้วยแสง 4) การสังเคราะห์โปรตีน
การสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถเกิดขึ้นได้ในเซลล์พืชที่มี
1) ผนังเซลล์ 2) โครโมโซม 3) คลอโรพลาสต์ 4) ไซโตพลาสซึม
โฟโตไลซิสของน้ำเกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงด้วยพลังงาน
1) แสงอาทิตย์ 2) ATP 3) ความร้อน 4) ทางกล
ติดตามเส้นทางของไฮโดรเจนในระยะแสงและความมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงตั้งแต่วินาทีที่ก่อตัวไปจนถึงการสังเคราะห์กลูโคส
พลังงานของอิเล็กตรอนของโมเลกุลถูกใช้เพื่อสร้างโมเลกุล ATP ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง
1) NADP+ 2) กลูโคส 3) คลอโรฟิลล์ 4) น้ำ
การสังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งแตกต่างจากการสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นในเซลล์
1) สิ่งมีชีวิตใด ๆ 2) ที่มีคลอโรพลาสต์
สร้างลำดับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงที่ถูกต้อง
1) การกระตุ้นคลอโรฟิลล์ 2) การสังเคราะห์กลูโคส
3) การเชื่อมต่อของอิเล็กตรอนกับ NADP + และ H + 4) การตรึงคาร์บอนไดออกไซด์
5) โฟโตไลซิสของน้ำ
กระบวนการใดไม่เกิดขึ้นในช่วงการสังเคราะห์ด้วยแสง?
1) การสังเคราะห์ ATP 2) การสังเคราะห์ NADPH 2 3) โฟโตไลซิสของน้ำ 4) การสังเคราะห์กลูโคส
สร้างความสอดคล้องระหว่างคุณลักษณะและกระบวนการชีวิตของพืชที่เป็นต้นเหตุ
ลักษณะเฉพาะของกระบวนการชีวิต
ก) กลูโคสถูกสังเคราะห์ 1) การสังเคราะห์ด้วยแสง
B) สารอินทรีย์ถูกออกซิไดซ์ 2) การหายใจ
B) ปล่อยออกซิเจน
D) เกิดคาร์บอนไดออกไซด์
D) เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย
E) พร้อมด้วยการดูดซับพลังงาน
โมเลกุลออกซิเจนในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นเนื่องจากการสลายตัวของโมเลกุล
1) กลูโคส 2) น้ำ 3) ATP 4) คาร์บอนไดออกไซด์
พลังงานของแสงแดดถูกแปลงในช่วงแสงและความมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นพลังงานของพันธะเคมีของกลูโคสอย่างไร อธิบายคำตอบของคุณ
ในการสังเคราะห์อะตอมไฮโดรเจนของสารใดมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์ด้วยแสงในช่วงมืด?
1) ATP 2) NADP 2H 3) กลูโคส 4) น้ำ
ในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช
1) ให้สารอินทรีย์แก่ตัวเอง
2) ออกซิไดซ์สารอินทรีย์ที่ซับซ้อนให้เป็นสารธรรมดา
3) ดูดซับออกซิเจนและปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
4) ใช้พลังงานของสารอินทรีย์
การเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนไปสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้นเกิดขึ้นในช่วงแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงในโมเลกุล
1) คลอโรฟิลล์ 2) น้ำ 3) คาร์บอนไดออกไซด์ 4) กลูโคส
- การสังเคราะห์สารอินทรีย์จากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำโดยใช้พลังงานแสงตามคำสั่ง:
ไฟ 6CO 2 + 6H 2 O + Q → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
ในพืชชั้นสูง อวัยวะของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือใบไม้ และออร์แกเนลล์ของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือคลอโรพลาสต์ (โครงสร้างของคลอโรพลาสต์ - บรรยายที่ 7) เยื่อหุ้มของคลอโรพลาสต์ไทลาคอยด์ประกอบด้วยเม็ดสีสังเคราะห์แสง: คลอโรฟิลล์และแคโรทีนอยด์ คลอโรฟิลล์มีหลายประเภท ( ก, ข, ค, ง) หลักคือคลอโรฟิลล์ ก- ในโมเลกุลคลอโรฟิลล์ สามารถแยกแยะ "หัว" ของพอร์ไฟรินซึ่งมีอะตอมแมกนีเซียมอยู่ตรงกลางและ "หาง" ไฟทอลสามารถแยกแยะได้ “หัว” ของพอร์ไฟรินเป็นโครงสร้างแบน มีคุณสมบัติชอบน้ำ จึงวางอยู่บนพื้นผิวของเมมเบรนที่หันหน้าไปทางสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำของสโตรมา ไฟทอล "หาง" นั้นไม่ชอบน้ำและด้วยเหตุนี้จึงยังคงรักษาโมเลกุลคลอโรฟิลล์ไว้ในเยื่อหุ้มเซลล์
คลอโรฟิลล์ดูดซับแสงสีแดงและสีน้ำเงิน-ม่วง สะท้อนแสงสีเขียว และทำให้พืชมีสีเขียวตามลักษณะเฉพาะ โมเลกุลของคลอโรฟิลล์ในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ถูกจัดเรียงเป็น ระบบภาพถ่าย- พืชและสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินมีระบบภาพถ่าย-1 และระบบภาพถ่าย-2 ในขณะที่แบคทีเรียสังเคราะห์แสงมีระบบภาพถ่าย-1 มีเพียงระบบภาพถ่าย-2 เท่านั้นที่สามารถสลายน้ำเพื่อปล่อยออกซิเจนและดึงอิเล็กตรอนจากไฮโดรเจนของน้ำได้
การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนหลายขั้นตอน ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: ปฏิกิริยา เฟสแสงและปฏิกิริยา เฟสมืด.
เฟสแสง
ระยะนี้เกิดขึ้นเฉพาะเมื่อมีแสงในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ โดยมีส่วนร่วมของคลอโรฟิลล์ โปรตีนขนส่งอิเล็กตรอน และเอนไซม์ ATP synthetase ภายใต้อิทธิพลของควอนตัมแสง คลอโรฟิลล์อิเล็กตรอนจะตื่นเต้น ออกจากโมเลกุลและเข้าสู่ด้านนอกของเมมเบรนไทลาคอยด์ ซึ่งท้ายที่สุดจะกลายเป็นประจุลบ โมเลกุลคลอโรฟิลล์ที่ถูกออกซิไดซ์จะลดลง โดยนำอิเล็กตรอนจากน้ำที่อยู่ในช่องว่างอินทราทิลคอยด์ สิ่งนี้นำไปสู่การสลายหรือโฟโตลิซิสของน้ำ:
ไฟ H 2 O + Q → H + + OH -
ไฮดรอกซิลไอออนจะปล่อยอิเล็กตรอนจนกลายเป็นอนุมูลที่เกิดปฏิกิริยา OH:
โอ้ - → .OH + อี - .
อนุมูล OH รวมกันเกิดเป็นน้ำและออกซิเจนอิสระ:
4NO. → 2H 2 O + O 2
ในกรณีนี้ ออกซิเจนจะถูกกำจัดออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก และโปรตอนสะสมอยู่ภายในไทลาคอยด์ใน "แหล่งเก็บโปรตอน" เป็นผลให้เมมเบรน thylakoid ในด้านหนึ่งมีประจุบวกเนื่องจาก H + และอีกด้านหนึ่งเนื่องจากอิเล็กตรอนจึงมีประจุลบ เมื่อความต่างศักย์ระหว่างด้านนอกและด้านในของเมมเบรนไทลาคอยด์สูงถึง 200 มิลลิโวลต์ โปรตอนจะถูกผลักผ่านช่องสัญญาณสังเคราะห์ของ ATP และ ADP จะถูกแปลงฟอสโฟรีเลชั่นเป็น ATP อะตอมไฮโดรเจนถูกใช้เพื่อคืนค่าตัวพาเฉพาะ NADP + (นิโคตินาไมด์อะดีนีนไดนิวคลีโอไทด์ฟอสเฟต) ให้เป็น NADPH 2:
2H + + 2e - + NADP → NADPH 2
ดังนั้นในระยะแสงโฟโตไลซิสของน้ำจึงเกิดขึ้นซึ่งมาพร้อมกับกระบวนการสำคัญสามประการ: 1) การสังเคราะห์ ATP; 2) การก่อตัวของ NADPH 2; 3) การก่อตัวของออกซิเจน ออกซิเจนกระจายสู่ชั้นบรรยากาศ ATP และ NADPH 2 ถูกส่งไปยังสโตรมาของคลอโรพลาสต์และมีส่วนร่วมในกระบวนการของระยะมืด
1 - คลอโรพลาสต์สโตรมา; 2 - กราน่า ไทลาคอยด์
เฟสมืด
ระยะนี้เกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์ ปฏิกิริยาของมันไม่ต้องการพลังงานแสง ดังนั้นมันจึงเกิดขึ้นไม่เพียงแต่ในแสงสว่างเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นในความมืดด้วย ปฏิกิริยาระยะมืดเป็นลูกโซ่ของการเปลี่ยนแปลงต่อเนื่องของคาร์บอนไดออกไซด์ (ที่มาจากอากาศ) ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของกลูโคสและสารอินทรีย์อื่น ๆ
ปฏิกิริยาแรกในสายโซ่นี้คือการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ ตัวรับคาร์บอนไดออกไซด์คือน้ำตาลห้าคาร์บอน ไรบูโลส ไบฟอสเฟต(ริบีเอฟ); เอนไซม์เร่งปฏิกิริยา ไรบูโลส ไบฟอสเฟต คาร์บอกซิเลส(ไรบีพี คาร์บอกซิเลส) อันเป็นผลมาจากคาร์บอกซิเลชั่นของไรบูโลสบิสฟอสเฟตทำให้เกิดสารประกอบหกคาร์บอนที่ไม่เสถียรซึ่งแตกตัวออกเป็นสองโมเลกุลทันที กรดฟอสโฟกลีเซอริก(เอฟจีเค). วงจรของปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นโดยที่กรดฟอสโฟกลีเซอริกถูกแปลงเป็นกลูโคสผ่านชุดของตัวกลาง ปฏิกิริยาเหล่านี้ใช้พลังงานของ ATP และ NADPH 2 ที่เกิดขึ้นในช่วงแสง วัฏจักรของปฏิกิริยาเหล่านี้เรียกว่า “วัฏจักรคาลวิน”:
6CO 2 + 24H + + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O
นอกจากกลูโคสแล้ว โมโนเมอร์อื่น ๆ ของสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนยังเกิดขึ้นในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง - กรดอะมิโน, กลีเซอรอลและกรดไขมัน, นิวคลีโอไทด์ ปัจจุบันการสังเคราะห์ด้วยแสงมีสองประเภท: การสังเคราะห์ด้วยแสง C 3 - และ C 4
C 3-การสังเคราะห์ด้วยแสง
นี่คือการสังเคราะห์ด้วยแสงประเภทหนึ่งซึ่งผลิตภัณฑ์แรกคือสารประกอบสามคาร์บอน (C3) การสังเคราะห์ด้วยแสง C 3 ถูกค้นพบก่อนการสังเคราะห์ด้วยแสง C 4 (M. Calvin) เป็นการสังเคราะห์ด้วยแสง C 3 ที่อธิบายไว้ข้างต้น ภายใต้หัวข้อ “ระยะมืด” คุณสมบัติเฉพาะของการสังเคราะห์ด้วยแสง C 3: 1) ตัวรับคาร์บอนไดออกไซด์คือ RiBP 2) ปฏิกิริยาคาร์บอกซิเลชันของ RiBP ถูกเร่งปฏิกิริยาโดย RiBP carboxylase 3) อันเป็นผลมาจากคาร์บอกซิเลชันของ RiBP ทำให้เกิดสารประกอบคาร์บอนหกคาร์บอนซึ่งสลายตัวเป็น PGA สองแห่ง FGK ได้รับการกู้คืนเป็น ไตรโอสฟอสเฟต(ตฟ). TF บางส่วนใช้สำหรับการฟื้นฟู RiBP และบางส่วนถูกแปลงเป็นกลูโคส
1 - คลอโรพลาสต์; 2 - เพอรอกซิโซม; 3 - ไมโตคอนเดรีย
นี่คือการดูดซึมออกซิเจนและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยอาศัยแสง เมื่อต้นศตวรรษที่ผ่านมา มีการยอมรับว่าออกซิเจนยับยั้งการสังเคราะห์ด้วยแสง ปรากฎว่าสำหรับ RiBP carboxylase สารตั้งต้นไม่เพียงแต่เป็นคาร์บอนไดออกไซด์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงออกซิเจนด้วย:
O 2 + RiBP → ฟอสโฟไกลโคเลต (2C) + PGA (3C)
เอนไซม์นี้เรียกว่า RiBP oxygenase ออกซิเจนเป็นตัวยับยั้งการแข่งขันของการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ หมู่ฟอสเฟตจะถูกแยกออก และฟอสโฟไกลโคเลตจะกลายเป็นไกลโคเลต ซึ่งพืชต้องใช้ มันเข้าสู่เปอร์รอกซิโซมซึ่งจะถูกออกซิไดซ์เป็นไกลซีน ไกลซีนเข้าสู่ไมโตคอนเดรีย ซึ่งจะถูกออกซิไดซ์เป็นซีรีน โดยสูญเสียคาร์บอนคงที่อยู่แล้วในรูปของ CO 2 เป็นผลให้โมเลกุลไกลโคเลตสองโมเลกุล (2C + 2C) จะถูกแปลงเป็น PGA (3C) และ CO 2 เดียว การหายใจด้วยแสงทำให้ผลผลิตของพืช C3 ลดลง 30-40% ( ด้วยพืช 3 ชนิด- พืชมีลักษณะการสังเคราะห์ด้วยแสง C 3)
การสังเคราะห์ด้วยแสง C 4 คือการสังเคราะห์ด้วยแสงซึ่งผลิตภัณฑ์แรกคือสารประกอบสี่คาร์บอน (C 4) ในปี 1965 พบว่าในพืชบางชนิด (อ้อย ข้าวโพด ข้าวฟ่าง ข้าวฟ่าง) ผลิตภัณฑ์แรกของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือกรดคาร์บอนสี่ตัว พืชเหล่านี้ถูกเรียกว่า มี 4 ต้น- ในปี 1966 นักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรเลีย Hatch และ Slack แสดงให้เห็นว่าพืช C4 แทบไม่มีการหายใจด้วยแสงและดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เริ่มมีการเรียกเส้นทางการเปลี่ยนแปลงคาร์บอนในพืช C 4 โดย Hatch-Slack.
พืช C 4 มีลักษณะโครงสร้างทางกายวิภาคพิเศษของใบ การรวมกลุ่มของหลอดเลือดทั้งหมดล้อมรอบด้วยเซลล์สองชั้น: ชั้นนอกเป็นเซลล์มีโซฟิลล์, ชั้นในเป็นเซลล์เปลือก คาร์บอนไดออกไซด์ได้รับการแก้ไขในไซโตพลาสซึมของเซลล์มีโซฟิลล์ซึ่งเป็นตัวรับ ฟอสโฟอีนอลไพรูเวต(PEP, 3C) ซึ่งเป็นผลมาจากคาร์บอกซิเลชันของ PEP จึงเกิดออกซาโลอะซีเตต (4C) กระบวนการนี้ถูกเร่งปฏิกิริยา พีอีพี คาร์บอกซิเลส- ต่างจาก RiBP carboxylase ตรงที่ PEP carboxylase มีความสัมพันธ์กับ CO 2 มากกว่า และที่สำคัญที่สุดคือไม่มีปฏิกิริยากับ O 2 Mesophyll คลอโรพลาสต์มีเมล็ดพืชหลายชนิดที่เกิดปฏิกิริยาเฟสแสงอย่างแข็งขัน ปฏิกิริยาเฟสมืดเกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ของเซลล์เปลือก
Oxaloacetate (4C) จะถูกแปลงเป็น Malate ซึ่งถูกส่งผ่านพลาสโมเดสมาตาเข้าไปในเซลล์เปลือก ในที่นี้ มันถูกดีคาร์บอกซีเลตและดีไฮโดรจีเนตเพื่อสร้างไพรูเวต, CO 2 และ NADPH 2
ไพรูเวตกลับคืนสู่เซลล์มีโซฟิลล์ และถูกสร้างใหม่โดยใช้พลังงานของ ATP ใน PEP CO 2 ได้รับการแก้ไขอีกครั้งโดย RiBP carboxylase เพื่อสร้าง PGA การฟื้นฟู PEP ต้องใช้พลังงาน ATP ดังนั้นจึงต้องใช้พลังงานมากกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง C 3 เกือบสองเท่า
ความหมายของการสังเคราะห์ด้วยแสง
ด้วยการสังเคราะห์ด้วยแสง คาร์บอนไดออกไซด์หลายพันล้านตันถูกดูดซับจากชั้นบรรยากาศทุกปี และออกซิเจนหลายพันล้านตันถูกปล่อยออกมา การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นแหล่งหลักของการก่อตัวของสารอินทรีย์ ออกซิเจนก่อตัวเป็นชั้นโอโซน ซึ่งช่วยปกป้องสิ่งมีชีวิตจากรังสีอัลตราไวโอเลตคลื่นสั้น
ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง ใบไม้สีเขียวใช้พลังงานเพียงประมาณ 1% ของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบ ผลผลิตคือประมาณ 1 กรัมของอินทรียวัตถุต่อพื้นที่ 1 ตารางเมตรต่อชั่วโมง
การสังเคราะห์ทางเคมี
การสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์จากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำไม่ได้เกิดจากพลังงานแสง แต่เกิดจากพลังงานการออกซิเดชันของสารอนินทรีย์เรียกว่า การสังเคราะห์ทางเคมี- สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์ทางเคมีรวมถึงแบคทีเรียบางชนิด
แบคทีเรียไนตริไฟริ่งแอมโมเนียถูกออกซิไดซ์เป็นไนตรัสแล้วเป็นกรดไนตริก (NH 3 → HNO 2 → HNO 3)
แบคทีเรียเหล็กแปลงเหล็กที่เป็นเหล็กเป็นเหล็กออกไซด์ (Fe 2+ → Fe 3+)
แบคทีเรียซัลเฟอร์ออกซิไดซ์ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นซัลเฟอร์หรือกรดซัลฟิวริก (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4)
อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารอนินทรีย์ พลังงานจะถูกปล่อยออกมา ซึ่งถูกกักเก็บโดยแบคทีเรียในรูปของพันธะ ATP พลังงานสูง ATP ใช้สำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์ซึ่งดำเนินการคล้ายกับปฏิกิริยาในระยะมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง
แบคทีเรียสังเคราะห์ทางเคมีมีส่วนช่วยในการสะสมแร่ธาตุในดิน ปรับปรุงความอุดมสมบูรณ์ของดิน ส่งเสริมการบำบัดน้ำเสีย ฯลฯ
ไปที่ การบรรยายครั้งที่ 11“แนวคิดเรื่องการเผาผลาญ การสังเคราะห์โปรตีน"
ไปที่ การบรรยายครั้งที่ 13“วิธีการแบ่งเซลล์ยูคาริโอต: ไมโทซิส, ไมโอซิส, อะไมโทซิส”
