กระบวนการส งเคราะห แสง เป น เมตาบอล ซ ม แบบใด

โดย :

นายอนุรุทธิ์ หมีดเส็น

เมื่อ :

วันอังคาร, 16 พฤษภาคม 2560

โครงสร้างของคลอโรพลาสต์

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

พืชสีเขียว สาหร่ายและแบคทีเรีย ที่สังเคราะห์ด้วยแสงได้ สามารถนำพลังงานจากดวงอาทิตย์มาใช้โดยผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ในแต่ละวัน โลกได้รับพลังงานรังสีจากดวงอาทิตย์มากมาย แต่นำมาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเพียง 5 % เท่านั้น

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงประกอบด้วย 3 ขั้นตอน คือ

1. ขั้นตอนการจับพลังงานจากดวงอาทิตย์
2. การนำพลังงานนั้นมาสร้าง ATP และ NADPH
3. การนำ ATP และ NADPH ไปใช้สร้างสารอินทรีย์คาร์บอนจากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

ขั้นตอนที่ 1 และ 2 เกิดขึ้นในสภาพที่มีแสง จึงเรียกว่า ปฏิกิริยาแสง (Light reaction)ขั้นตอนที่ 3 เป็นการสร้างสารอินทรีย์จากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ เรียกว่า วัฏจักรคัลวิน (Calvin cycle) โดยอาศัย ATP และ NADPH โดยไม่ต้องอาศัยแสงสว่าง จึงอาจเรียกขั้นตอนนี้ว่า ปฏิกิริยามืด (Dark reaction) กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงที่ประกอบด้วยปฏิกิริยาแสงและวัฏจักรคัลวินเกิดขึ้นที่ใด คลอโรพลาสต์เป็นออร์แกเนลที่พบได้ทั่วไปในเซลล์พืชและมีความสำคัญในการสังเคราะห์ด้วยแสง เพราะสร้างคาร์โบไฮเดรตที่มีพลังงานเคมีอยู่ภายใน พลังงานเคมีนี้สิ่งมีชีวิตนำไปใช้ในกิจกรรมต่าง ๆ ของชีวิตได้ คลอโรพลาสต์กระจายอยู่ทั่วไปในไซโทพลาสซึมของเซลล์พืช แต่มักอยู่รวมกันแน่นมาก รอบ ๆ นิวเคลียส หรืออยู่ใต้เยื่อหุ้มเซลล์ การเรียงตัวของคลอโรพลาสต์อาจแตกต่างไปตามปริมาณแสง คลอโรพลาสต์มีรูปร่างลักษณะแตกต่างกันในพืชแต่ละชนิด พืชชั้นสูงอาจมีคลอโรพลาสต์รูปทรงกลม รูปไข่ รูปถ้วย หรือเป็นเส้นสาย ขนาดของคลอโรพลาสต์แตกต่างตามชนิดของเซลล์ โดยทั่วไปมักมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 5-10 ไมโครเมตร หนาราว 2-3 ไมโครเมตร หรือยาวประมาณ 5 ไมโครเมตร กว้าง 2-3 ไมโครเมตร หนา 1-2 ไมโครเมตร จำนวนคลอโรพลาสต์แตกต่างตามชนิดของพืช และต่างกันไปในแต่ละเซลล์ขึ้นกับการทำงานของเซลล์นั้น ๆ สาหร่ายมักมีคลอโรพลาสต์ขนาดใหญ่ 1 อัน แต่เซลล์พืชชั้นสูงอาจมี 20-40 คลอโรพลาสต์ต่อเซลล์

โครงสร้างของคลอโรพลาสต์ ประกอบด้วย เยื่อหุ้ม 2 ชั้น ซึ่งเป็นยูนิตเมมเบรน (Unit membrane) ที่ประกอบด้วยฟอสโฟลิพิด และโปรตีน คือ เยื่อชั้นนอก (Outer membrane) และเยื่อชั้นใน (Innermembrane) คล้ายของไมโทรคอนเดรีย เยื่อชั้นนอกมีลักษณะเรียบเป็นตัวควบคุมการผ่านของสารในไซโทรพลาซึมกับในคลอโรพลาสต์ เยื่อชั้นในขนานกับเยื่อชั้นนอก และมีส่วนที่ยื่นเว้าเข้าข้างใน กลายเป็นลาเมลลา (Lamella) ลาเมลลาเป็นเยื่อบาง ๆ เรียงซ้อนกัน และขนานกันเป็นแผ่น ซึ่งลอยอยู่ในของเหลวที่เรียกว่า สโตรมา (Stroma) หรือเมทริกซ์ (Matrix) ซ้อนกันเป็นตั้งเรียกทั้งตั้งว่า กรานุม (Granum) หลาย ๆ กรานุมเรียกว่า กรานา (Grana) และเรียกลาเมลลาแต่ละแผ่นในกรานุมว่า ไทลาคอยด์ (Thylakoid) ในแต่ละกรานุมจะมีแผ่นไทลาคอยตั้งแต่ 10-100 แผ่น ซึ่งจำนวนจะแตกต่างกันตามชนิดของสิ่งมีชีวิต เช่น สาหร่ายสีแดง มีไทลาคอยด์แผ่นเดียว สาหร่ายสีเขียวแกมเหลืองหรือสีน้ำตาลแกมเหลือง (คริสโซไฟตา , Chrysophyta, พวกไดอะตอม , Diatom) มีไทลาคอย์เป็นคู่ จำนวนกรานามีตั้งแต่ 40-60 อันใน 1 คลอโรพลาสต์ กรานามีส่วนของเมมเบรนยื่นออกไปเชื่อมกับกรานาอื่น ส่วนที่เชื่อมกันนี้เรียกว่า สโตรมาลาเมลลา (Stroma lamella) หรืออินเตอร์กรานุมลาเมลลา (Intergranum lamella) หรือ เฟร็ท(Fret) ส่วนของลาเมลลาประกอบด้วยเยื่อหุ้ม 2 ชั้น ซึ่งมีคลอโรฟิลล์และรงควัตถุอื่น ๆ เช่น แคโรทีนอยด์ (Carotenoids) ติดอยู่บนแผ่นไทลาคอยด์และมีแกรนูลอยู่เป็นจำนวนมาก ซึ่งมีขนาดแตกต่างกัน สำหรับแกรนูลที่มีขนาดใหญ่ภายในมีกลุ่มของรงควัตถุระบบแสง I และรงควัตถุระบบแสง II แกรนูลเหล่านี้จึงทำหน้าที่รับพลังงานแสงทำให้อิเล็กตรอนมีพลังงานสูงขึ้น สำหรับแกรนูลขนาดเล็กเป็นที่อยู่ของเอนไซม์ชนิดต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนในปฏิกิริยาที่ใช้แสง นั่นคือ เยื่อหุ้มลาเมลลาหรือเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ เป็นที่อยู่ของระบบแสง ที่ใช้ในการดูดพลังงานแสง ส่วนในสโตรมา มีเอนไซม์ที่ใช้ในปฏิกิริยาไม่ใช้แสง (Dark reaction) หรือปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ ของการสังเคราะห์ด้วยแสง รวมทั้งมี DAN, RAN ของตัวเอง จำนวน DNA มีน้อยมาก แต่ก็เพียงพอที่จะใช้ในการสังเคราะห์โปรตีนของคลอโรพลาสต์เอง ส่วนใหญ่โปรตีนที่สังเคราะห์เป็นพวกเอนไซม์ที่ใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสง การสังเคราะห์โปรตีนที่เกิดในสโตรมาอาศัยไรโบโซมชนิด 70 S ซึ่งต่างจากไรโบโซมในไซโทรพลาซึม จึงสังเคราะห์โปรตีนเองได้

จากลักษณะของคลอโรพลาสต์ที่เป็นออร์แกเนลล์กึ่งอิสระนี้ จึงสันนิษฐานว่า คลอโรพลาสต์อาจเปลี่ยนมาจากสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่สร้างอาหารเองได้ (Autotrophi microorganism) ที่เข้าไปอาศัยอยู่ในเซลล์เป็นเวลานานแล้ว แล้วมีวิวัฒนาการเปลี่ยนแปลงมาจนเป็นออร์แกเนลล์หนึ่ง