ลำดับขั้นในการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งเป็นกระบวนการที่สิ่งมีชีวิตเปลี่ยนพลังงานแสงและคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นคาร์โบไฮเดรตและออกซิเจน เกิดขึ้นในพืชสีเขียวทั้งหมด เช่นเดียวกับเชื้อราและสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว ขั้นตอนการสังเคราะห์ด้วยแสงส่วนใหญ่เกิดขึ้นในเม็ดสีที่เรียกว่าคลอโรฟิลล์ การสังเคราะห์ด้วยแสงใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์ เช่นเดียวกับคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำจากสิ่งแวดล้อมของพืช เพื่อผลิตกลูโคส

การสังเคราะห์ด้วยแสงยังผลิตออกซิเจนเป็นผลพลอยได้ ออกซิเจนในบรรยากาศเกือบทั้งหมดเป็นผลมาจากการสังเคราะห์ด้วยแสงของแพลงก์ตอนพืชในมหาสมุทร การสังเคราะห์ด้วยแสงประกอบด้วยสองขั้นตอนหลัก: ปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงและปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสง

คลอโรพลาสต์เป็นออร์แกเนลล์ที่มีการสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นในพืชทุกชนิด เชื่อกันว่าในช่วงแรกของชีวิต คลอโรพลาสมีอยู่เป็นตัวตนของพวกมันเอง พวกมันถูกกลืนโดยเซลล์ที่ใหญ่ขึ้นและกลายเป็นสิ่งที่เรารู้จักในฐานะออร์แกเนลล์ นี้เรียกว่าทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติก
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างและหน้าที่ของคลอโรพลาสต์

ขั้นตอนการสังเคราะห์แสงสามารถสรุปได้โดยสมการต่อไปนี้:

6 CO2 (คาร์บอนไดออกไซด์) + 6 H2O (น้ำ) + พลังงาน = C6H12O6 (กลูโคส)+ 6 O2 (ออกซิเจน)

คาร์บอนจากคาร์บอนไดออกไซด์จะรวมกับไฮโดรเจนและออกซิเจนจากน้ำเพื่อสร้างกลูโคส โดยมีออกซิเจนและน้ำเป็นผลพลอยได้ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับขั้นตอนกลางหลายขั้นตอน และต้องใช้เครื่องจักรเซลลูลาร์ต่างๆ เพื่อดำเนินการ นี่ยังแสดงลำดับทั่วไปของการสังเคราะห์ด้วยแสงด้วย

คาร์บอนไดออกไซด์จะต้องเคลื่อนจากชั้นบรรยากาศไปสู่คลอโรพลาสต์ของพืชสีเขียวที่มีการสังเคราะห์แสง คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเข้าสู่สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวและพืชน้ำโดยการแพร่กระจายอย่างง่าย พืชบนบกมีโครงสร้างพิเศษที่เรียกว่าปากใบซึ่งทำหน้าที่เป็นวาล์วขนาดเล็กเพื่อให้ก๊าซเข้าและออกจากพืชได้

น้ำถูกย้ายจากดินไปสู่พืชบนบกทางรากและลำเลียงโดยเนื้อเยื่อของหลอดเลือด แสงจะถูกจับโดยใบของพืชเป็นหลัก ซึ่งรูปร่างได้พัฒนาขึ้นเพื่อจับพลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันของแต่ละสายพันธุ์

ลำดับถัดไปของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสง ระหว่างปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสง พลังงานแสงจะถูกแปลงเป็นพลังงานเคมี แสงให้พลังงานแก่การแยกโมเลกุลของน้ำออกเป็นไฮโดรเจน ออกซิเจน และอิเล็กตรอนอิสระ

อิเล็กตรอนอิสระถูกใช้เพื่อชาร์จโมเลกุลของตัวพาพลังงาน เช่น อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต หรือที่เรียกว่า ATP และนิโคตินาไมด์ อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์ ฟอสเฟต หรือที่เรียกว่า NADP มีวิถีทางโมเลกุลหลายทางที่พลังงานแสงถูกแปลงเป็นพลังงานเคมี ซึ่งรวมถึงโฟโตฟอสโฟรีเลชันแบบไซคลิกและโฟโตฟอสโฟรีเลชันที่ไม่ใช่ไซคลิก
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสง

ลำดับถัดไปของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสง ในระหว่างปฏิกิริยาเหล่านี้ ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาเบาจะใช้เพื่อสร้างคาร์โบไฮเดรต ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศถูกจับและจับกับองค์ประกอบไฮโดรเจนของน้ำ โมเลกุลแตกตัวระหว่างปฏิกิริยาแสง และคาร์โบไฮเดรตจะถูกสร้างขึ้นโดยกระบวนการที่เรียกว่า Calvin วัฏจักร. การสังเคราะห์ด้วยแสงส่วนนี้เรียกอีกอย่างว่าการตรึงคาร์บอน ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการรักษาระดับคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศให้คงที่

กลูโคสสามารถละลายน้ำได้และละลายในของเหลวภายในพืช กลูโคสถูกย้ายออกจากใบและกระจายไปยังส่วนอื่นๆ ของพืชโดยการแพร่กระจายในพืชธรรมดาและผ่านเนื้อเยื่อหลอดเลือดในพืชที่มีความซับซ้อนมากขึ้น กลูโคสสามารถใช้ได้ทันทีหรือเก็บไว้

พืชเก็บออกซิเจนบางส่วนไว้ในเนื้อเยื่อเพื่อใช้ในภายหลังเมื่อเผาผลาญกลูโคสที่เก็บไว้โดยกระบวนการทางเคมีที่คล้ายกับการหายใจของสัตว์ พืชจึงต้องสังเคราะห์แสงมากกว่าการหายใจ ออกซิเจนส่วนเกินจะถูกปล่อยออกมาในลักษณะเดียวกับที่คาร์บอนไดออกไซด์เข้าไป โดยการแพร่กระจายอย่างง่ายหรือผ่านทางปากใบของพืช