การเผาผลาญและการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

พืชเปลี่ยนแสงอาทิตย์และคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่เป็นอาหารของสิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมด จากนั้นจึงแปรรูปโมเลกุลเหล่านั้นผ่านการหายใจและพัฒนาให้เป็นสารประกอบเฉพาะทางจำนวนมาก

Definition

การเผาผลาญของพืชคือชุดของปฏิกิริยาชีวเคมีที่ค้ำจุนชีวิตพืช โดยมีศูนย์กลางอยู่ที่การสังเคราะห์ด้วยแสง — การตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยแสงให้เป็นสารอินทรีย์ — ควบคู่ไปกับการหายใจและการเผาผลาญเฉพาะทาง (ทุติยภูมิ)

Scope

ขอบเขตนี้ครอบคลุมถึงการเผาผลาญพลังงานและคาร์บอนของพืช: ปฏิกิริยาแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงและการตรึงคาร์บอน, การหายใจระดับเซลล์และการเผาผลาญพลังงาน, และการสังเคราะห์สารทุติยภูมิที่ทำหน้าที่เป็นสื่อกลางในการป้องกันพืช, การส่งสัญญาณ, และสี

Sub-topics

• การสังเคราะห์ด้วยแสงและการตรึงคาร์บอน
• การหายใจและการเผาผลาญพลังงานในพืช
• สารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิของพืช

Core questions

• พืชจับพลังงานแสงและใช้มันเพื่อตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นน้ำตาลได้อย่างไร?
• พลังงานที่เก็บไว้ในน้ำตาลถูกปล่อยออกมาผ่านการหายใจได้อย่างไร?
• พืชผลิตสารทุติยภูมิที่มีความหลากหลายอย่างมหาศาลได้อย่างไรและทำไม?

Key theories

การสังเคราะห์ด้วยแสงสองขั้นตอน

การสังเคราะห์ด้วยแสงดำเนินไปในปฏิกิริยาแสงที่เปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็น ATP และ NADPH และปฏิกิริยาคาร์บอน (วัฏจักร Calvin–Benson) ที่ใช้พลังงานเคมีนี้เพื่อตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นคาร์โบไฮเดรต

การเชื่อมโยงพลังงานเคมีออสโมซิส

ทั้งการสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจเชื่อมโยงการขนส่งอิเล็กตรอนกับการปั๊มโปรตอนข้ามเยื่อหุ้ม และการไล่ระดับที่เกิดขึ้นจะขับเคลื่อนการสังเคราะห์ ATP

Clinical relevance

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นแหล่งกำเนิดสูงสุดของอาหารและออกซิเจน และเป็นกลไกสำคัญในวัฏจักรคาร์บอนทั่วโลก การทำความเข้าใจการเผาผลาญของพืชช่วยสนับสนุนความพยายามในการเพิ่มผลผลิตพืชผล, การปรับปรุงความทนทานต่อความเครียด, และการผลิตยาและสารประกอบอื่นๆ จากการเผาผลาญสารทุติยภูมิของพืช

History

เส้นทางของคาร์บอนในการสังเคราะห์ด้วยแสงถูกติดตามโดย Calvin และ Benson ด้วยสารกัมมันตรังสีในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ในขณะที่ทฤษฎีเคมีออสโมซิสของ Mitchell ได้รวมเยื่อหุ้มที่ถ่ายเทพลังงานของคลอโรพลาสต์และไมโทคอนเดรียเข้าด้วยกัน

Key figures

• Melvin Calvin
• Andrew Benson
• Rudolph Marcus
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

การสังเคราะห์ด้วยแสงมีสองขั้นตอนอะไรบ้าง?

ปฏิกิริยาแสงในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์จะจับแสงเพื่อสร้าง ATP และ NADPH และปล่อยออกซิเจน และปฏิกิริยาคาร์บอนของวัฏจักร Calvin–Benson จะใช้ ATP และ NADPH นั้นเพื่อตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นน้ำตาล

ทำไมพืชถึงสร้างสารทุติยภูมิ?

สารทุติยภูมิไม่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตขั้นพื้นฐาน แต่มีบทบาททางนิเวศวิทยา — ป้องกันศัตรูพืชและเชื้อโรค, ดึงดูดแมลงผสมเกสร, และป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตและความเครียดอื่นๆ