การสังเคราะห์แสงของพืช

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) เป็นกระบวนการที่ประกอบด้วย ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องกันเป็นลำดับในคลอโรพลาสต์ในเซลล์พืช โดยใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ เปลี่ยนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด ์และไฮโดรเจนจากน้ำ หรือแหล่งไฮโดรเจนอื่น ๆ ให้กลายเป็นสารประกอบประเภทคาร์โบไฮเดรตและมีแก๊สออกซิเจนเกิดขึ้น

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง และการหายใจในเซลล์จะทำงานร่วมกันอย่างสมดุล โดยกระบวนการหายใจสลายอาหารได้
พลังงานและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงจะสร้างคาร์โบไฮเดรตและมีแก๊สออกซิเจนเกิดขึ้นเป็น
วัฏจักรแก๊สออกซิเจนประมาณ 85% เกิดขึ้นในมหาสมุทร เนื่องมาจากการสังเคราะห์แสงของแพลงก์ตอนพืช (phytoplankton)
อีก 10% มาจากสิ่งมีชีวิตบนพื้นดิน และ 5% มาจากแหล่งน้ำจืด

คลอโรพลาสต์ (chloroplast ) เป็นออร์แกเนลล์ชนิดหนึ่งในเซลล์พืช ภายในคลอโรพลาสต์มีคลอโรฟิลล์เป็นองค์ประกอบ ซึ่งสามารถดูดกลืนพลังงานจากแสงอาทิตย์มาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง คลอโรพลาสต์ในพืชชั้นสูงจะมีลักษณะเป็นรูปไข่หรือกลมรี ขนาดยาวประมาณ 5 ไมครอน กว้างประมาณ 2 ไมครอน หนาประมาณ 1-2 ไมครอน มีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น ภายในประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วนคือ สโตรมา (stroma) และ ลาเมลลา (lamella)

– สโตรมา เป็นของเหลวใส มีเอนไซม์หลายชนิดที่นำไปใช้ในปฏิกิริยาที่ไม่ต้องใช้แสง
– ลาเมลลา เป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มชั้นในที่ยื่นเข้าไปในคลอโรพลาสต์ มีลักษณะเป็นแผ่นบาง ๆ ซ้อนกัน ประกอบด้วยโปรตีน ไขมัน คลอโรฟิลล์และรงควัตถุ แผ่นลาเมลลาซ้อนกันหลาย ๆ ชั้นเรียกว่า กรานา (grana) แผ่นลาเมลลาแต่ละแผ่นที่ซ้อนอยู่ในกรานาเรียกว่า ไทลาคอยด์ (thylakoid) เป็นแหล่งรับพลังงานจากแสงซึ่งประกอบด้วยกลุ่มของรงควัตถุระบบ 1 และรงควัตถุระบบ 2

รูปภาพแสดงตำแหน่งและองค์ประกอบของคลอโรพลาสต์ในพืช

รงควัตถุ คือ สารที่สามารถดูดกลืนแสง รงควัตถุแต่ละชนิดจะดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่นต่างกัน คลอโรฟิลล์ เป็นรงควัตถุ
ที่พบในใบไม้สามารถดูดกลืนแสงสี ม่วง น้ำเงิน แดงซึ่งอยู่ในช่วงความยาวคลื่น 400-700 nm ได้ดีแต่สะท้อนแสงสีเขียว จึงทำให้เราเห็นใบไม้เป็นสีเขียว

การดูดแสงสีต่างๆ ของคลอโรพลาสต์

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงประกอบด้วยสองขั้นตอนใหญ่

การสังเคราะห์ด้วยแสงประกอบด้วยขั้นตอนใหญ่ๆ 2 ขั้นตอนต่อเนื่องกัน คือขั้นตอนปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสง
ที่เปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมี และขั้นตอนปฏิกิริยาที่ไม่ต้องใช้แสงซึ่งเป็นขั้นตอนของการสังเคราะห์
น้ำตาล (ที่มีชื่อเรียกเฉพาะว่า วัฏจักรเคลวิน )

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชประกอบด้วย
ปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสงและวัฏจักรเคลวิน

สรุปได้ว่า
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) เป็น กระบวนการสร้างอาหารของพืชสีเขียว โดยมีคลอโรฟิลล์ทำหน้าที่ดูดพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์แล้วเปลี่ยนสารวัตถุดิบคือน้ำและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ให้เป็น น้ำตาลกลูโคส น้ำ และ แก๊สออกซิเจน

องค์ประกอบและสมการ

การเปลี่ยนรูปพลังงานและการเปลี่ยนแปลงของผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

1.พลังงานแสงจะเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานเคมีสะสมอยู่ในผลิตภัณฑ์คือ น้ำตาลกลูโคส น้ำ และแก๊สออกซิเจน
2.น้ำตาลกลูโคสจะถูกเปลี่ยนไปเป็นแป้งทันที และสะสมไว้ในเซลล์สีและแป้งจะเปลี่ยนกลับเป็นน้ำตาลกลูโคสอีกครั้ง เมื่อพืชต้องการสลายน้ำตาลกลูโคสเป็นพลังงาน
3.พืชคายน้ำและแก๊สออกซิเจนจะถูกพืชคายออกมาทางปากใบกลับคืนสู่สิ่งแวดล้อม

ความสำคัญของกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชที่มีต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม

1. เป็นแหล่งอาหารและแหล่งพลังงานที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด เนื่องจากพืชสีเขียวได้รับน้ำ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และพลังงานแสง จากดวงอาทิตย์ ไปสร้างสารอาหารพวกน้ำตาลและสารอาหารนี้ สามารถเปลี่ยนแปลงไปเป็นสารอาหารอื่น ๆ ได้ เช่น แป้ง โปรตีน ไขมัน ซึ่งสิ่งมีชีวิตได้นำไปใช้ประโยชน์ในกระบวนการต่าง ๆ ของชีวิต จึงถือว่าสารอาหารเหล่านี้เป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด
2. เป็นแหล่งผลิตแก๊สออกซิเจนที่สำคัญของระบบนิเวศ โดยแก๊สออกซิเจน เป็นผลที่เกิดจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช ซึ่งแก๊สออกซิเจน เป็นแก๊สที่สิ่งมีชีวิตใช้ในการสลายอาหาร เพื่อสร้างพลังงานหรือใช้ในกระบวนการหายใจนั่นเอง
3. ช่วยลดปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ เพราะพืชต้องใช้แก๊สนี้เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์ด้วยแสง โดยปกติแก๊สชนิดนี้เป็นแก๊สที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น มีอยู่ในบรรยากาศประมาณ 0.03% เท่านั้น แต่เนื่องจากในปัจจุบันการเผาไหม้เชื้อเพลิงเพื่อการอุตสาหกรรมต่าง ๆ ของมนุษย์มีมากขึ้น จึงทำให้มีแก๊สชนิดนี้เพิ่มมากขึ้นสัดส่วนของอากาศที่หายใจจึงเสียไป ทำให้ได้รับแก๊สออกซิเจนน้อยลง จึงเกิดอาการอ่อนเพลีย ส่งผลทำให้โลกของเรามีอุณหภูมิสูงขึ้นเรื่อย ๆ เรียกว่า ” ปรากฏการณ์เรือนกระจก (green house effect) ” เนื่องจาก คาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศเป็นเสมือนกระจกที่ปิดกั้นการกระจายความร้อนออกจากผิวโลกดังนั้นจึงควรช่วยกันปลูกพืช และรักษาพื้นที่ป่า เพื่อดูดซับปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศให้น้อยลง

ขอบคุณข้อมูล https://il.mahidol.ac.th