ในขณะที่มนุษย์และสัตว์กินพืชและสัตว์อื่นๆ เป็นอาหาร พืชสามารถทำอาหารได้โดยใช้แสงและกระบวนการที่เรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการที่พืชสร้างอาหารโดยใช้คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และแสงแดด
การสังเคราะห์ด้วยแสงคืออะไร
การสังเคราะห์ด้วยแสงอาจเป็นคำที่ใหญ่ แต่สามารถแบ่งออกเป็นคำเล็กๆ สองคำ: "ภาพถ่าย" และ "การสังเคราะห์" ภาพถ่ายหมายถึงแสง และการสังเคราะห์หมายถึงการรวมเข้าด้วยกัน แม้ว่ากระบวนการจะซับซ้อน แต่ก็สามารถเขียนได้ง่ายๆ ด้วยสมการคำต่อไปนี้:
การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นได้อย่างไร
การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นในใบของพืชซึ่งมีคลอโรพลาสต์อาศัยอยู่ในเซลล์ การสังเคราะห์ด้วยแสงมีสองขั้นตอน ขั้นแรกต้องการแสงสว่าง ขั้นที่สองไม่ต้องการแสงสว่าง ก่อนที่คุณจะเข้าใจกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง คุณต้องเข้าใจคลอโรพลาสต์ให้มากขึ้นก่อน
คลอโรพลาสต์
เช่นเดียวกับมนุษย์ พืชประกอบด้วยเซลล์หลายพันเซลล์ พืชมีโครงสร้างพิเศษที่เรียกว่าคลอโรพลาสต์ซึ่งต่างจากเซลล์สัตว์ตรงที่จะมีการสังเคราะห์ด้วยแสง
คลอโรพลาสต์เป็นหยดเล็กๆ รูปไข่ที่พบในเซลล์พืช บางครั้งเซลล์พืชจะมีคลอโรพลาสต์เพียงไม่กี่ตัวในขณะที่เซลล์อื่นๆ กินพื้นที่ทั้งหมดภายในเซลล์คลอโรพลาสต์มีหลายชั้น ชั้นนอกเรียบ ส่วนด้านในของคลอโรพลาสต์มีชิ้นส่วนสำคัญหลายชิ้น
ภายในคลอโรพลาสต์เป็นกลุ่มกระสอบที่เต็มไปด้วยคลอโรฟิลล์ที่เรียกว่าไทลาคอยด์ ซึ่งลอยอยู่ในของเหลวที่เรียกว่าสโตรมา ไทลาคอยด์มีลักษณะเหมือนกองแพนเค้ก คลอโรฟิลล์ทำให้พืชมีสีเขียวและช่วยให้พืชดูดซับพลังงานจากแสงแดด
ขั้นที่หนึ่ง: ปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับแสง
ระยะแรกของการสังเคราะห์ด้วยแสงเรียกว่าระยะปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับแสง ระยะนี้เกิดขึ้นในไทลาคอยด์ของคลอโรพลาสต์และสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อมีแสงแดดเท่านั้น
- แสงแดดกระทบคลอโรฟิลล์ในคลอโรพลาสต์และกระตุ้นอิเล็กตรอน
- อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นจะหลุดออกจากคลอโรฟิลล์
- เนื่องจากอิเล็กตรอนตัวหนึ่งเพิ่งออกจากคลอโรฟิลล์ จึงต้องถูกแทนที่ โมเลกุลของน้ำแบ่งออกเป็นออกซิเจน (O2) และไฮโดรเจนไอออน (H+) ในไทลาคอยด์
- อิเล็กตรอนอิสระจะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อสร้าง ATP และ NADPH ซึ่งเป็นโมเลกุลพลังงานที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงขั้นที่สอง
ขั้นที่สอง: วงจรคาลวิน
ระยะที่สองของการสังเคราะห์ด้วยแสง เรียกว่าวัฏจักรคัลวิน เกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์ วัฏจักรคาลวินไม่จำเป็นต้องใช้แสงแดด คาร์บอนไดออกไซด์และพลังงานจาก ATP และ NADPH สร้างกลูโคส กลูโคสเป็นน้ำตาลเชิงเดี่ยวที่พืชสะสมเป็นพลังงานและสามารถเปลี่ยนเป็นส่วนประกอบอื่นๆ เช่น แป้งและเซลลูโลส ซึ่งมีความสำคัญต่อโครงสร้างเซลล์
- คาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศถูกดูดซับผ่านรูในใบพืช
- โมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์จับกับน้ำตาลเชิงเดี่ยวที่เรียกว่า RuBP
- ผ่านปฏิกิริยาเคมีสี่ขั้นตอน คาร์บอนไดออกไซด์ และโมเลกุล RuBP รวมกับ ATP และ NADPH ตั้งแต่ขั้นตอนแรกเพื่อสร้างโมเลกุลของกลูโคส
วิดีโอต่อไปนี้สาธิตกระบวนการตั้งแต่ต้นจนจบ:
การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นสิ่งสำคัญ
การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระดูกสันหลังของสิ่งมีชีวิตบนโลก มนุษย์ไม่สามารถอยู่ได้โดยปราศจากออกซิเจน พืชออกซิเจนที่ผลิตขึ้นในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงจะถูกปล่อยออกสู่อากาศที่ผู้คนหายใจทุกวัน เมื่อผู้คนหายใจเอาออกซิเจนเข้าไป พวกเขาจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา พืชใช้คาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ดังนั้นพืชจึงมีหน้าที่รักษาสมดุลของระดับออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศ นอกจากนี้ พืชบางชนิดยังเก็บกลูโคสที่ผลิตขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงในผลไม้และรากอีกด้วย ผลไม้และรากเหล่านี้บางส่วนได้แก่ แอปเปิ้ล แครอท สตรอเบอร์รี่ และอาหารอร่อยอื่นๆ ที่ผู้คนชอบรับประทาน