คลอโรพลาสต์ใช้ทำอะไรเพื่อสร้างกลูโคส?

คลอโรพลาสต์เป็นหม้อแปลงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ "สีเขียว" ดั้งเดิม ออร์แกเนลล์ขนาดเล็กเหล่านี้ ซึ่งพบได้เฉพาะในเซลล์ของพืชและสาหร่าย ใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์เพื่อเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำให้เป็นกลูโคสและออกซิเจน Dan Jenk นักเขียนด้านวิทยาศาสตร์ของ Biodesign Institute ที่ Arizona State University อธิบายกระบวนการดังนี้ “…พืชเข้าใกล้จุดสุดยอดของความตระหนี่ด้วยการกำจัดโฟตอนของพลังงานแสงที่มีอยู่เกือบทั้งหมดเพื่อผลิต อาหาร."

ในบทความนี้ เราจะพูดถึงกระบวนการทั่วไปของ การสังเคราะห์ด้วยแสงการทำงานของคลอโรพลาสต์ และการทำงานของการใช้สารเคมีและแสงแดดเพื่อสร้างกลูโคส

พลังงานที่สะสมอยู่ภายในพันธะโมเลกุลเรียกว่า "พลังงานศักย์เคมี" เมื่อพันธะเคมีคือ แตก เช่น เมื่อโมเลกุลแป้งถูกกินเข้าไปแล้วสลายในระบบย่อยอาหารของสัตว์ พลังงานคือ การเผยแพร่. สิ่งมีชีวิตทั้งหมดต้องการพลังงานเพื่อความอยู่รอด

โมเลกุลหลักที่ใช้เป็นพลังงานในสิ่งมีชีวิตเรียกว่า ATP. ATP ถูกสร้างขึ้นในเซลล์ผ่านทางกลูโคสและวิถีเมแทบอลิซึมที่ซับซ้อน เพื่อให้ได้กลูโคส พืช สาหร่าย และออโตโทรฟอื่นๆ จะต้องแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นกลูโคสผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงจะเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมีที่เก็บไว้ในพันธะโมเลกุลของกลูโคส กระบวนการนี้เกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ พืชใช้โมเลกุลกลูโคสเพื่อสร้างคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อน แป้งและเซลลูโลส และสารอาหารอื่นๆ ที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ การสังเคราะห์ด้วยแสงทำให้สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งที่สามารถนำมาใช้เป็นอาหารได้ ทั้งจากพืชและสัตว์ที่กินพืช

การสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถแสดงด้วยสมการอย่างง่ายต่อไปนี้:

6 CO₂ (คาร์บอนไดออกไซด์) + 6 H₂O (น้ำ) → C₆โฮ₁₂อู๋₆ (กลูโคส) + 6 O₂ (ออกซิเจน)

•••รูปภาพ Goodshoot RF / Goodshoot / Getty

การสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นในสองขั้นตอน -- หนึ่งขึ้นอยู่กับแสง และ หนึ่งอิสระแสง.

ดิ ปฏิกิริยาแสง ของการสังเคราะห์แสงเริ่มต้นเมื่อแสงจากดวงอาทิตย์กระทบเซลล์ที่มีคลอโรพลาสต์ซึ่งมักจะอยู่ในเซลล์ใบของพืช คลอโรฟิลล์ซึ่งเป็นเม็ดสีเขียวภายในคลอโรพลาสต์ดูดซับอนุภาคพลังงานแสงที่เรียกว่าโฟตอน โฟตอนที่ถูกดูดซับจะเริ่มต้นลำดับของปฏิกิริยาเคมีที่สร้างสารประกอบพลังงานสูงสองประเภทคือ ATP (adenosine triphosphate) และ NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate)

สารประกอบเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในภายหลังในการหายใจระดับเซลล์เพื่อสร้างพลังงานที่ใช้งานได้มากขึ้นในรูปของ ATP

นอกจากพลังงานแสงแล้ว ปฏิกิริยาของแสงยังต้องการน้ำอีกด้วย ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง โมเลกุลของน้ำจะถูกแยกออกเป็นไฮโดรเจนไอออนและออกซิเจน ไฮโดรเจนถูกใช้โดยปฏิกิริยา และอะตอมออกซิเจนที่เหลือจะถูกปล่อยออกจากคลอโรพลาสต์ในรูปของก๊าซออกซิเจน (O2)

ดิ ไม่ขึ้นกับแสง ส่วนของการสังเคราะห์ด้วยแสงเรียกอีกอย่างว่า วัฏจักรคาลวิน. การใช้โมเลกุลที่ผลิตขึ้นในปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสง -- ATP สำหรับพลังงานและ NADPH สำหรับอิเล็กตรอน -- Calvin วัฏจักรใช้ชุดปฏิกิริยาทางชีวเคมีแบบวัฏจักรเพื่อแปลงหกโมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นโมเลกุลของ กลูโคส

แต่ละขั้นตอนของวัฏจักรคาลวินมีเอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยา

วัตถุดิบสำหรับการสังเคราะห์แสงพบได้ตามธรรมชาติในสิ่งแวดล้อม พืชดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศ น้ำจากดิน และแสงจากดวงอาทิตย์ และแปลงเป็นออกซิเจนและคาร์โบไฮเดรต สิ่งนี้ทำให้ คลอโรพลาสต์ ผู้บริโภคและผู้ผลิตพลังงานหมุนเวียนที่สะอาดและมีประสิทธิภาพมากที่สุดในโลก

นอกจากนี้ยังช่วยให้มั่นใจได้ถึงการหมุนเวียนของคาร์บอนและออกซิเจนในสิ่งแวดล้อม หากปราศจากการสังเคราะห์ด้วยแสงจากพืชและสาหร่าย ก็จะไม่มีทางใดที่จะรีไซเคิลคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นออกซิเจนที่ระบายอากาศได้

นั่นเป็นสาเหตุว่าทำไมการตัดไม้ทำลายป่าและ อากาศเปลี่ยนแปลง เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก: หากไม่มีสาหร่าย ต้นไม้ และพืชอื่นๆ จำนวนมากเพื่อสร้างออกซิเจนและกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ CO₂ ระดับจะเพิ่มขึ้น สิ่งนี้จะเพิ่มอุณหภูมิโลก ขัดขวางวงจรการแลกเปลี่ยนก๊าซ และอาจเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมโดยทั่วไป