Transcript การตรึง CO 2

การค้ นคว้ าเกีย่ วกับ
การสั งเคราะห์ ด้วยแสง
ข้ อ 1
การทดลอง
ข้ อ 2
การทดลอง
การทดลองเพือ่ แสดงว่ าการสร้ าง
อาหารของพืชอาศัยคลอโรฟิ ลล์
ข้ อ 3
ดูดอากาศออก
NaOH
สำลี
ดูดอากาศออก
NaOH
การทดลองเพือ่ แสดงว่ าการสั งเคราะห์
ด้ วยแสงต้ องอาศัย CO2
น้ ำ
ข้ อ 4
ก ข
สรุป
ก
NaHCO3
ข
การทดลองเพือ่ แสดงว่ าแก็สทีเ่ กิดขึน้ คือ
แก็สออกซิเจน (O2) ช่ วยให้ ไฟติด
ข้ อ 5
บรอมไทมอลบลู +CO2
สี เหลือง
บรอมไทมอลบลู
+ CO2
สาหร่ าย
ผลการทดลอง
สาหร่ าย
1
2
สี ฟ้า สี เหลือง
3
4
สี เหลือง สี เหลือง
สรุปผลการทดลอง
- บรอมไทมอลบลู(สี ฟ้า) +CO
สี เหลือง
- CO ในหลอดที่ 1 ลดลงจึงเปลีย
่ นสารสี เหลืองเป็ นสี ฟ้า
ของบรอมไทมอลบลูเหมือนเดิม จึงบอกว่ าพืชดูด CO2 เข้ า
ไปขณะรับแสง
2
2
-CO2 ในหลอดที่ 2
ไม่ ลดลงจึงไม่ เปลีย่ นสารสี เหลืองเป็ นสี ฟ้า
ของบรอมไทมอลบลู เพราะไม่ มีพชื ดูด CO2 เข้ าไปขณะรับแสง
-ส่ วนหลอดที่ 3,4 ไม่ ได้ รับแสงจึงไม่ เปลีย่ นสี เพราะ CO2
ไม่ ลดลง
ข้ อ 6
(Jean Baptiste Van Helmont)
แวน เฮลมองต์
-ต้นกล้า
5 ปอนด์
เพิ่มขึ้นเป็น169ปอนด์3ออนซ์
- ดิน
200 ปอนด์
ลดลงเหลือ199ปอนด์14ออนซ์
ต้นกล้าเพิ่มขึ้น164ปอนด์3ออนซ์
ดินลดลง 2 ออนซ์
1 ปอนด์ = 16 ออนซ์
แวน เฮลมองต์
สรุปผลการทดลอง
นา้ หนักของ
ต้ นหลิว ที่เพิม่ ขึน้
นั้นมาจากนา้ เพียง
อย่ างเดียว
+ H2O
+
ข้ อ 7
1)
2)
3) นาครอบแก้วที่หนูตาย
มาจุดเทียน
เทียนดับทันที
สรุป
อากาศที่ทาให้เทียนไขดับและ
(Joseph Priestley) หนูหายใจออกมาคืออากาศเสีย
โจเซฟ พริสต์ลีย์
4) นาครอบแก้วที่จดุ เทียนไขแล้วดับ
มาแบ่งเป็นสองส่วน
ครอบแก้ว ก ใส่กิ่งสะระแหน่
ครอบแก้ว ข ไม่ใส่กิ่งสะระแหน่
ข
ก
ผลการทดลอง
ก เทียนดับช้ าลง
ข เทียนดับทันที
สรุป อากาศเสี ย
อากาศดี
พืช
CO2 +
พืช
+ O2
วิธีการในการใส่ พชื เข้ าไปในครอบแก้ ว
วิธีจุดเทียนไขในครอบแก้ ว
ข้ อ 8
สรุปว่ า
การที่พชื จะเปลีย่ นอากาศเสี ยให้
(Jan Ingen Housz) เป็ นอากาศดี พืชต้ องได้ รับแสง
แจน อินเก็น ฮูซ
แสงสว่ำง
CO2 +H2O
พืช
+ O2
ข้ อ 9
ทดลองพบว่า พืชสีเขียวจะ
สร้างอากาศดี O2 ก็ต่อเมื่อ
มีอากาศเสียCO2
แสงสว่ าง
คาร์บอนไดออกไซด์
ออกซิเจน
พืชสี เขียว
(Jean Senebier)
ฌอง ซีนบี ีเยร์
แต่ ยงั ไม่ ทราบว่ าพืชทาได้ อย่ างไร
อีก 17 ปีต่อมา อินเก็น ฮูซ พบว่า
นอกจากพืชสามารถ
เปลี่ยน CO2
O2 แล้ว
ยังสามารถสร้างสารอินทรียไ์ ด้ดว้ ย
CO2 +H2O
สารอินทรีย์ + O2
ข้ อ 9
พบว่า น้าหนักของพืชที่
เพิ่มขึ้นมากกว่าน้าหนักของพืช
ที่ได้รบั
พืชได้ รับ 100 g
นา้ หนักพืชเพิม่ 150 g
น้าหนักที่เกินไปนี้เป็น
น้าหนัก CO2 ที่พืชได้รบั
(Nicolas Theodore de Saussure)
นิโคลาส ธีโอดอร์ เดอ โซซูร์
CO2 +H2O
CO2 +H2O
สรุป
สารอินทรีย์ + O2
คาร์ โบไฮเดรต+ O2
สารอินทรียน์ นั้ คือ
คาร์โบไฮเดรต
แสงสว่ำง
CO2 +H2O
คาร์ โบไฮเดรต + O2
พืช
ข้ อ 10
CO2 +H2O
คาร์ โบไฮเดรต+ O2
กล่าวว่า
คาร์โบไฮเดรตนัน้
คือ
C6H12O6
(Julius sachs)
จูเลียส ซาซ
แสงสว่ำง
CO2 +H2O
C6H12O6 + O2
พืช
ข้ อ 11
(T.W. Engelmann) เองเกลมัน
สรุปว่ า
แสงสี น้าเงิน และแสงสี แดงเป็ นแสงที่ สไปโรไจราใช้
ในการสั งเคราะห์ ด้วยแสงมากทีส่ ุ ดเพราะเป็ นบริเวณ
นั้น ๆ มีแก็สออกซิเจนมากจึงมีแบคทีเรียมาก
สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้ ำและแสงสว่ำงที่สำมำรถมองเห็นไ้้
Gamma
rays
X-rays
Infrared &
Microwaves
UV
Visible light
Wavelength (nm)
Radio waves
The feathers of male cardinals are loaded with
carotenoid pigments. These pigments absorb
some wavelengths of light and reflect others.
Sunlight minus absorbed
wavelengths or colors equals the
apparent color of an object.
Why are plants green?
Transmitted light
แสงสีที่มองเห็นคือสีที่ไม่ดดู กลืน
THE COLOR OF LIGHT SEEN IS THE COLOR NOT ABSORBED
Light
Reflected
light
Absorbed
light
Transmitted
light
Chloroplast
ข้ อ 12
พืชสี เขียว
CO2 +2H2O
CH2O+O2+H2O
แสงสว่ าง
CO2 +2H2S
(Van Niel)
แวนนีล
พืชแบคทีเรีย
CH2O+2S+H2O
แสงสว่ าง
สรุปว่ า
ออกซิเจนที่พชื สร้ างได้ มาจากน้า
ไม่ ใช่ ได้ มาจากคาร์ บอนไดออกไซด์
ข้ อ 13
ก
สาหร่ าย
(Samuel Ruben and Martin Kamen)
แซมวล รูเบนและมาร์ตนิ คาเมน
ข
สรุปว่ า
O2ที่ได้จากการสังเคราะห์ดว้ ยแสง
เป็น O2 ที่ได้จาก H2O
แสงสว่ำง
CO2 +H2O
C6H12O6 + O2
คลอโรฟิ ลล์
(Robin Hill)
โรบิน ฮิลล์
เติมเกลือ เฟอริก
แสง
ได้ เกลือเฟอรัสและแก๊สออกซิเจน
คลอโรพลาสต์
ที่สกัดได้ จากผักโขม
เฟอริก
4Fe+3 + 4H2O
เฟอรัส
แสง
ไม่ ได้ แก๊สออกซิเจน
Fe+2 +4H++O2+2H2O
สรุปว่ า
เกลือเฟอริกFe+3เปลี่ยนเป็ นเกลือ
+2
เฟอรัส Fe ได้เพราะรับอิเล็กตรอนเพิ่ม
มา 1 ตัว อิเล็กตรอนนัน้ ได้มาจากแตกตัว
ของนา้
ถ้าไม่มตี วั รับอิเล็กตรอน นา้ จะแตกให้
แก็สออกซิเจนไม่ได้
แสงสว่ำง
CO2 +H2O
C6H12O6 + O2
คลอโรฟิ ลล์
เติมADP,Pi,NADP+
(Daniel Arnon)
แดเนียล อาร์นอน
แสง
ตอนที่ 1
ได้ ATP,NADPH+H+,O2
เติมADP,Pi
คลอโรพลาสต์
ที่สกัดได้ จากผักโขม
แสง
ได้ เฉพาะ ATP
สรุปตอนที่ 1
ขณะมีแสงคลอโรพลาสต์จะสร้าง ATP
+
เพียงอย่างเดียว ถ้าเติม NADP จะได้
NADPH+H+ และ O2
ตอนที่ 2
CO2,ATP,
NADPH+H+
เติม
คลอโรพลาสต์
ที่สกัดได้ จากผักโขม
ได้น้าตาล,ADP,
Pi,NADP+
ไม่ ใช้ แสง
ใช้ แสง
แสงสว่ำง
CO2 +H2O
C6H12O6 + O2+ H2O
คลอโรฟิ ลล์
การสั งเคราะห์ ด้วยแสง
CO2 +H2O
C6H12O6 + O2
การหายใจระดับเซลล์
การสั งเคราะห์ ด้วยแสง
โครงสร้ างที่ใช้ ใน
การสั งเคราะห์ ด้วยแสง
กระบวนการสั งเคราะห์ ด้วยแสง
- ปฏิกริ ิยาใช้ แสง (Light reaction)
- ปฏิกริ ิยามืด (Dark reaction)
โครงสร้ างที่ใช้ ใน
การสั งเคราะห์ ด้วยแสง
Epidermis
Mesophyll
Vascular bundle
H2O
CO2
LIGHT
NADP+
ADP
CALVIN
CYCLE
LIGHT
REACTOR
ATP
NADPH
STROMA
(Low H+ concentration)
O2
[CH2O] (sugar)
Photosystem II
Cytochrome
complex
Photosystem I
NADP+
reductase
Light
2 H+
Fd
3
NADP+ + 2H+
NADPH + H+
Pq
Pc
2
H2O
1
THYLAKOID SPACE
(High H+ concentration)
1⁄
2
O2
+2 H+
2 H+
To
Calvin
cycle
STROMA
(Low H+ concentration)
Thylakoid
membrane
ATP
synthase
ADP
ATP
P
H+
Let’s go to
Different pigments absorb light differently
Different pigments absorb light differently
ตารางแสดงรงควัตถ ุที่ใช้ในกระบวนการ
สังเคราะห์ดว้ ยแสงในสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ
คลอโร แคโร ไฟโคบิ แบคทีรีโอ
ฟิลล์ ทีนอยด์ ลิน คลอโรฟิ ลล์
abcd
กรีนแบคทีเรีย
---ไซยาโนแบคทีเรีย +--สาหร่ ายสี แดง
+--+
abcd
+
+
+
+
+
+-+หรือ+
คลอโร แคโร ไฟโคบิ แบคทีรีโอ
ฟิลล์ ทีนอยด์ ลิน คลอโรฟิ ลล์
abcd
สาหร่ ายสี นา้ ตาล +-+สาหร่ ายสี เขียว ++-มอส
++-เฟิ น
++-พืชมีดอก
++--
abcd
+
+
+
+
+
-
-------------
----
อิเล็กตรอนที่มีพลังงำนสู งขึ้น
ปล่อยพลังงานออกไป
รับพลังงานเข้ ามา
นิวเคลียสของอะตอม
อิเล็กตรอนที่มีพลังงำนล้ลง
ปฏิกิรยิ าใช้แสง (Light reaction)
1. การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็ นวัฎจักร
Non-cyclic e- transfer
2. การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบเป็ นวัฎจักร
cyclic e- transfer
ปฏิกิริยาใช้แสง
(Light reaction)
 พืชได้รบ
ั พลังงานแสงและตก
กระทบที่รงควัตถุโดยอาจตก
กระทบที่
- chlorophyll a ซึ่งเป็ น reaction center
- กลุ่มรงควัตถุอื่นๆ (antenna complex)
แล้วมีการถ่ายทอดพลังงานต่อให้
chl. a
ระบบของ Photosynthetic pigment
Antenna complex
Carotenoids
Accessory
pigment
Chlorophyll b
Chlorophyll a
Essential
pigment
e-
Reaction center
Chlorophyll a
Non-cyclic e- transfer
Fd = Ferridoxin
Pc = Plastocyanin
Pq = Plastoquinone
Fd = Ferridoxin
Pc = Plastocyanin
Pq = Plastoquinone
Fd = Ferridoxin
Pc = Plastocyanin
Pq = Plastoquinone
Fd = Ferridoxin
Pc = Plastocyanin
Pq = Plastoquinone
Fd = Ferridoxin
Pc = Plastocyanin
Pq = Plastoquinone
Fd = Ferridoxin
Pc = Plastocyanin
Pq = Plastoquinone
Non-cyclic electron transfer: ได้ ATP, NADPH
Cyclic e- transfer:
ได้  ATP
Fd = Ferridoxin
Pc = Plastocyanin
Pq = Plastoquinone
สรุปการสั งเคราะห์ ด้วยแสง
ATP NADPH สลาย H2O เกิด O2
Cyclic 1
Non
2
1
1
1/2
Cyclic
ปฏิกริ ิยาการตรึงคาร์ บอนไดออกไซด์
การทดลองของเมลวิน คัลวิน(Melvin Calvin)
เทอร์ โมมิเตอร์
เติม CO2 ในรู ปของ
H14CO3-
คลอเรลลำ
แสง
ลิ้นควบคุมกำรปิ ้เปิ ้
เมื่อเวลาผ่ านไป
14
1 นาที ตรวจสารประกอบแล้วพบ C ใน
สารประกอบหลายชนิดรวมทั้งนา้ ตาลกลูโคส (สาร
C 3,C5,C6) เช่ น
(สาร C 3 = PGA ,C5 = RuBP,C6 = กลูโคส)
แต่ เมื่อให้ การสั งเคราะห์ แสงในระยะเวลาสั้ นลง
14
ประมาณ 2 วินาที ตรวจพบ C อยู่ในสสาร
ประกอบที่มีคาร์ บอน 3 อะตอม (PGA)
คัลวินและคณะคิ้ว่ำ
C
C
C
O O
สำรประกอบ C 2 + CO2 = จะไ้้สำร C3 (PGA)
แต่จำกกำรท้ลองไม่พบสำรประกอบ C2 อยูเ่ ลย แต่
พบว่ำมีสำรประกอบ C5 เกิ้ขึ้นอยูต่ ลอ้เวลำ ถึงแม้
กำรสังเครำะห์แสงจะเกิ้ขึ้นเป็ นเวลำนำน
ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์ จึงได้ ต้งั สมมติฐานขึน้ ว่ า
สาร C 5 คงจะรวมกับ CO2 ได้ สารประกอบชนิด
ใหม่ เป็ นสาร C6 เพราะ RuBP(สาร C5 รวมกับ
สาร C 1 (CO2 ) แต่ สารนีไ้ ม่ อยู่ตวั จะสลายต่ อให้
สารประกอบ C3 คือ PGA 2 โมเลกุล
ดังที่จะได้ ศึกษาวัฏจักรของคัลวิน
The step of Calvin cycle
1.
2.
3.
Carbon fixation
Reduction
Regeneration
Ribuose bisphosphate
Carboxylase Oxygenase
Ribulose bisphosphate
ปฏิกิรยิ าขัน้ ที่ 1:
การตรึง CO2
(Carbon fixation หรือ
Carboxylation)
3-Phosphoglyceric
acid (3PG) (PGA)
3 CO2
P
P
P
P
P
P
3 RuBP
P
P
P
P
P
P
6 PGA
1,3-BisPhosphoglyceric
acid (BPGA)
ปฏิกิรยิ าขัน้ ที่ 2:
การรีดิวซ์ PGA ให้เป็น
PGAL(Reduction)
Glyceraldehyde 3
phosphate (G3P)
6 PGA
6
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
6 BPGA
6P
6 G3P,PGAL
5
P
Sugar
ปฏิกิรยิ าขัน้ ที่ 3:
Regeneration
การสร้างRuBPขึ้นใหม่
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
5 G3P,PGAL
3 RuBP
ข้อสังเกตของวัฏจักรคาลวิน
1.โดยปกติวฏั จักรคาลวินจะต้องเกิด 2
รอบจึงจะได้ PGAL 2 โมเลก ุลซึ่ง
เพียงพอต่อการสร้างกล ูโคส (6C)
1 โมเลก ุล (เนื่องจากในความเป็นจริง
การเกิด 1 รอบจะให้ PGAL อิสระ
ออกมา 1 โมเลก ุลเท่านัน้ )
2.ในพืชทัว่ ๆไป สารชนิดแรกที่คงตัวที่ได้
จากการตรึง CO2 คือ PGA ซึ่งมี 3C จึง
เรียกการตรึง CO2 แบบนี้ว่า C3-pathway
และเรียกว่าพืช C-3 ซึ่งก็คือพืชใบเลี้ยงคู่
และใบเลี้ยงเดี่ยวทัว่ ๆ ไป (ข้าวสาลี,ถัว่
เหลือง)
Photorespiration
การตรึง CO2 ของ RuBP ต้ องใช้ เอนไซม์ Rubisco
ซึ่งอยู่ในสโตรมาของคลอโรพลาสต์ เอนไซม์ นีน้ อกจาก
กระตุ้นให้ RuBP ตรึง CO2 แล้ วยังตรึง O2 ได้ ด้วย
เมื่อพืช ตรึง O2 ด้ วย RuBP ซึ่ง RuBP จะถูกสลาย
เป็ นสารประกอบคาร์ บอน 2 อะตอม เพราะฉะนั้นการจะ
สร้ าง RuBP จึงเสี ย CO2 ไปบางส่ วน
การตรึง O2 และคาย CO2 ในเวลาที่พชื ได้ รับแสง จึง
เรียกว่ า โพโตเรสไพเรชัน (Photorespiration)
Ribuose bisphosphate
Carboxylase Oxygenase
Ribulose bisphosphate
ปฏิกิรยิ าขัน้ ที่ 1:
การตรึง CO2
(Carbon fixation หรือ
Carboxylation)
3 O2
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
3 RuBP ฟอสโฟ
ไกลโคลิก
PGA
Photorespiration
2 (PGA)
1 (PGA)
พืชตรึง CO2 ได้ สารประกอบ
คงตัวชนิดแรกคือ PGA สาร C3
พืชที่สามารถตรึง CO2 ได้ สารประกอบ
คงตัวชนิดแรกคือ OAA สาร C4
จึงเรียกพืชที่มีกระบวนการเช่ นนีว้ ่ า พืช C4
พบ C4 ส่ วนใหญ่ พชื ที่มีดอก และใบเลีย้ งเดี่ยว
เช่ น ข้ าวโพด, อ้ อย,ข้ าวฟ่ าง, บาร์ เลย์ ,บานไม่ รู้โรย,
หญ้ าแพรก,หญ้ าแห้ วหมู,ผักโขมจีน
ไม่ พบ C4 ในพวกเมล็ดเปลือย: สนสองใบ สามใบ
แป๊ ะก๋ วย มอส ลิเวอร์ เวิร์ต ฮอนเวิร์ต
และสาหร่ ายทุกชนิด
www.themegallery.com
LOGO
C4 plant leaf
การตรึง คาร์ บอนไดออกไซด์ ของพืช C4
- มีการตรึง CO2 2 ครั้ง
1. mesophyll
2. bundle sheath cell
- เกิด OAA ตัวแรกของ ปฏิกริ ิยา
- โดยใช้ เอนไซม์ PEP carboxylase
www.themegallery.com
LOGO
C4 plant
www.themegallery.com
LOGO
CAM plant
CAM:Crussulacean Acid Metabolism plants
พบในพืชทีอ่ ยู่ทแี่ ห้ งแล้งมาก จึงต้ องปิ ดปากใบ การ
ตรึง CO2 จึงเกิด
-ในเวลากลางคืน ได้ กรด 4C (OAA)
เก็บไว้ ใน vacuole ในเซลล์มีโซฟิ ลล์
- กลางวันเข้ าสู่ calvin cycle
- เกิดในเซลล์ เดียวกัน
www.themegallery.com
CAM
(Crussulaceae Acid Metabolism)
พืชอวบนา้ : สั ปปะรด,ว่ านหางจระเข้ , กระบองเพชร,
กล้วยไม้ ,ศรนารายณ์ , กุหลาบหิน
www.themegallery.com
www.themegallery.com
LOGO
www.themegallery.com
LOGO
CAM plant
ปัจจุบันไม่ เฉพาะ
พืชตระกูล
Crassulaceae
เปรียบเทียบการตรึง CO2 ทัง้ 3 แบบ
C3 C4 and CAM plant
PEP Carboxylase
CO2
C4 Organic acids
RuBP Carboxylase
CO2
CO2
PGA
RuBP
PEP
C3 acids
C3
C4
CAM
Mesophyll
Mesophyll
Bundle sheath
Dark
Light
(CH2O)
ตารางสรุปการเปรียบเทียบระหว่ างพืช
C3,C4,CAM
ข้ อเปรียบเทียบ พืช C3 พืช C4 พืช CAM
จานวนครั้งของ 1 ครั้ง 2 ครั้ง 2 ครั้ง
การตรึง CO2
เวลาที่เกิดการ ไม่ เกิด กลางวัน กลางคืน
ตรึง CO2ของ
PEP
ข้ อเปรียบเทียบ พืช C3
G3P หรือ ทุกเซลล์ที่
PGAL
มีคลอโร
พลาสต์
การเสี ยนา้ ต่ อ 400-500
การตรึง CO2
กรัม
1 ครั้ง
พืช C4
เกิดใน
บันเดิล
ชีท
250-300
กรัม
พืช CAM
ทุกเซลล์ที่
มีคลอโร
พลาสต์
50-100
กรัม
พืช C3
ตัวอย่ างพืช พืชทั่ว ๆ ไป
เช่ น มะม่ วง
กล้วย ข้ าวเจ้ า
ข้ าวสาลี ถัว่
พืช C4
อ้อย
ข้ าวโพด
ข้ าวฟ่ าง
หญ้ า
แพรก
พืช CAM
กล้วยไม้
กุหลาบหิน
สั บปะรด
กระบอง
เพชร
ปัจจัยที่มีผลต่อการสังเคราะห์ดว้ ยแสง
1.เข้มของแสง
2.อ ุณหภ ูมิ
3.CO2
4.น้า
5.O2
6.เกลือแร่
7.อาย ุของใบ