การสังเคาระห์แสง

ภาพรวมกี่ยวกับการสังเคาระห์แสง

เรามาพูดถึงหนึ่งใน

กระบวนการทางชีววิทยาที่สำคัญที่สุด

อันที่จริง ถ้ากระบวนการนี้ไม่เกิดขึ้น เราอาจจะ

ไม่มีชีวิตอยู่บนโลกก็ได้

และฉันก็คงไม่ได้อยู่ทำวิดิโอนี้ให้คุณ

เพราะฉันไม่รู้ว่าจะไปหาอาหารมาจากไหน

และกระบวนการนี้เรียกว่า "การสังเคราะห์แสง"

คุณอาจจะเคยได้ยินเรื่องนี้มาแล้ว

ทั้งหมดนี้เกี่ยวกับพืช

รวมถึงแบคทีเรีย สาหร่าย และสิ่งอื่นๆอีกด้วย

แต่ทั่วไปแล้วมันเกี่ยวกับพืช

พูดง่ายๆก็คือ

เรามักจะคิดว่ามันเกี่ยวกับพืช

และเป็นกระบวนการที่พืชใช้

และเราอาจเคยเรียนกันมาแล้วตอนเราเด็กๆ

มันคือกระบวนการที่พืชใช้ในการรับคาร์บอนไดออกไซด์

มีน้ำและแสงแดด

แล้วเปลี่ยนมันเป็นน้ำตาล หรือบ้างก็คาร์โบไฮเดรต

คาร์โบไฮเดรตหรือน้ำตาล กับออกซิเจน

แน่นอน มีสองสิ่งสำคัญในกระบวนการนี้

ในฐานะที่เป็นสิ่งมีชีวิต

สิ่งแรกคือ เราต้องการคาร์โบไฮเดรตหรือน้ำตาลเพื่อที่จะ

ให้พลังงานแก่ร่างกายของเรา

ดูได้จากวิดิโอเรื่องการหายใจระดับเซลล์

เราผลิตATPโดยการสร้าง

การหายใจระดับเซลล์ในกลูโคส ซึ่งเป็นผลพลอยได้ที่จำเป็นอย่างยิ่ง

หรือคาร์โบไฮเดรตแย่ๆ

เป็นกระบวนการที่ง่ายที่สุดในการหายใจระดับเซลล์

และส่วนที่สำคัญมากๆส่วนที่สอง

คือการรับออกซิเจน

เราต้องหายใจเพื่อเอาออกซิเจนมา

ทำลายกลูโคส เพื่อจะหายใจ

เพื่อที่จะทำการหายใจระดับเซลล์

ดังนั้น สองสิ่งนี้คือกุญแจสำคัญของชีวิต

โดยเฉพาะชีวิตที่ใช้ออกซิเจนในการหายใจ

ดังนั้นกระบวนการนี้ นอกเหนือที่ว่ามันน่าสนใจแล้ว

มีเหล่าสิ่งมีชีวิตรอบ ๆ ตัวเรา

ส่วนมากเป็นพืช ซึ่งต้องใช้แสงแดด

มีปฏิกิริยาฟิวชันบนดวงอาทิตย์

93ไมล์ออกไป และปล่อยโฟตอนออกมา

กลุ่มย่อย ๆ ของโฟตอนพวกนั้นมาถึง

พื้นผิวโลก

ผ่านหมู่เมฆและสิ่งอื่นๆ

แล้วพืช แบคทีเรีย และสาหร่ายก็

ใช้ประโยชน์จากมันได้ และเปลี่ยนมันเป็นน้ำตาลที่

เรากินได้ หรือที่วัวกินแล้วเราก็กินวัวอีกที

ถ้าเราไม่ได้เป็นมังสวิรัติ และเรานำมาใช้เป็นพลังงานได้

ไม่ได้หมายความว่าวัวเป็นคาร์โบไฮเดรต แต่นี่คือ

สิ่งสำคัญที่เราใช้เพื่อเป็นเชื้อเพลิงหรือพลังงานสำหรับ

สิ่งสำคัญที่เรากินเข้าไป

เราได้พลังงานทั้งหมดมาจากสิ่งเหล่านี้

เป็นพลังงานสำหรับสัตว์

หรือถ้าคุณกินมันฝรั่งโดยตรง คุณก็จะ

ได้รับคาร์โบไฮเดรตโดยตรง

อย่างไรก็ตาม มันคือความคิดพื้นฐานของการสังเคราะห์แสง

ซึ่งไม่ถูกต้อง

ฉันหมายถึง ถ้าคุณต้องรู้เรื่องการสังเคราะห์ด้วยแสง

นั่นก็ที่ได้กล่าวมาแล้ว

แต่เรามาพูดถึงมันให้ลึกลงไป และพยายามที่จะเข้าถึง

กึ๋นและดูว่าเราจะเข้าใจมันได้ดีขึ้นอีกได้ไหม

ว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไร

ฉันว่ามันน่ามหัศจรรย์ที่โฟตอนของแสงถูกนำมาใช้

สร้างโมเลกุลน้ำตาลหรือคาร์โบไฮเดรตเหล่านี้

เรามาดูให้ลึกกว่านี้กันดีกว่า

เราจะเขียนหลักง่าย ๆ ของการสังเคราหะ์ด้วยแสง

ฉันเกือบจะเขียนลงไปแล้ว

แต่ฉันจะเขียนให้มันเจาะจงในทางวิทยาศาสตร์มากกว่านี้

เริ่มด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

ตามด้วยน้ำ แล้วตามด้วย

แสงแดด ฉันหมายถึงโฟตอน เพราะมัน

เป็นตัวกระตุ้นอิเล็กตรอนในคลอโรฟิลล์ที่

จมลงไป และคุณอาจจะเห็นกระบวนการนี้ใน

วิดีโอ และเราจะพูดถึงรายละเอียดในวิดิโอถัด ๆ ไป

อิเล็คตรอนที่ถูกกระตุ้นสู่ขั้นพลังงานสูง แล้วพอ

พลังงานต่ำลง เราก็จะได้

พลังงานมาผลิตเอทีพี และคุณจะเห็นNADPHs และ

ซึ่งใช้ผลิตคาร์โบไฮเดรต

แต่เดี๋ยวเราก็จะเห็นในอีกไม่ช้า

ภาพรวมของการสังเคราะห์แสง เริ่มจาก

องค์ประกอบเหล่านี้ และได้ออกมาเป็น

คาร์โบไฮเดรต

และคาร์โบไฮเดรตจะเป็นกลูโคสก็ได้

(ไม่จำเป็นต้องเป็นกลูโคส)

โดยทั่วไปเราเรียกคาร์โบไฮเดรตว่า CH2O

และนำ n ตัวหนึ่งมาใส่ จนมี n เพิ่มขึ้น

โดยปกติ จะมี n อยู่่อย่างน้อยสามตัว

สำหรับกลูโคส มี n อยู่ 6

มีคาร์บอน 6 12 และออกซิเจน 6

นี่คือหลักง่าย ๆ ของคาร์โบไฮเดรต

ซึ่งจะมีจำนวนมากก็ได้

เป็นคาร์โบไฮเดรตสายยาว ๆ

คุณได้คาร์โบไฮเดรต และได้

ก๊าซออกซิเจน

นี่ก็ไม่ได้ต่างจากที่ฉันบอกมาก่อนหน้านี้เท่าไรนัก

ว่ามันเป็นอย่างแรกที่เราคิดว่า

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นอย่างไร

ในการทำให้สมการสมดุล เรามี n คาร์บอน

ดังนั้นเราต้องการ n คาร์บอน

เรามี 2 n ไฮโดรเจน

2 ไฮโดรเจน กับ n ดังนั้นเราจึงมี n

ไฮโดรเจน

ฉันจะใส่ n ตรงนั้น

มาดูว่ามีออกซิเจนเท่าไหร่

มีออกซฺเจนอยู๋ 2n เพิ่มไปอีก 1n

กลายเป็นมี 3 n ออกซิเจน

มาดูกัน ฉันมี 1 n คุณใส่ n เพิ่มอีกตัว

ฉันจึงมี 2 n ฉันคิดว่าสมการนี้สมดุลแล้ว

นี่คือมุมมองจาก 30000 ฟุตว่ามันเกิดอะไรขึ้นใน

กระบวนการสังเคราะห์แสง

แต่ถ้าคุณขุดให้ลึกลงกว่านั้น คุณจะเห็นว่ามัน

ไม่ได้เกิดขึ้นโดยตรง แต่เกิดขึ้นผ่านกระบวนการ

ต่าง ๆ ที่ทำให้เราได้คาร์โบไฮเดรต

โดยทั่วไปแล้วเราแยกการสังเคราะห์แสงออกได้

ฉันจะพูดใหม่

เราจะแจกแจงกระบวนการสังเคราะห์แสง และจะ

เจาะลึกลงไปในวิดีโอต่อ ๆ ไป แต่ฉันอยากให้คุณเห็น

ภาพรวมก่อน ในสองขั้นตอน

เราเรียกมันว่าปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสง

หรือบางทีก็เรียกว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นโดยต้องใช้แสง

ซึ่งน่าจะดีกว่าถ้าจะ

เรียกแบบนี้

ฉันเรียกอย่างนี้ละกัน

การที่ต้องใช้แสง หมายความว่า มันต้องการแสงในการทำให้เกิด

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นโดยต้องใช้แสง

และอีกอย่างหนึ่งคือปฏิกิริยาที่ไม่ใช้แสง

ซึ่งมันเป็นชื่อที่แย่มาก เพราะมันก็

เกิดขึ้นด้วยแสงเหมือนกัน

ปฏิกิริยาที่ไม่ใช้แสง ฉันเขียนด้วยสีที่เข้มกว่า

และที่ฉันบอกว่ามันเป็นชื่อที่แย่เพราะว่า

มันเกิดขึ้นในแสง

แต่ที่มันเรียกว่าปฏิกิริยาไม่ใช้แสง

เป็นเพราะว่า เราไม่ต้องการแสง หรือส่วนนั้นของ

การสังเคราะห์ด้วยแสงไม่ได้ขึ้นอยู่กับโฟตอนให้เกิดขึ้น

ดังนั้น คำที่ดีกว่าจึงเป็น

"ปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสง"

เพื่อให้ชัดเจน ปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสง

ต้องการแสงแดด

มันต้องใช้โฟตอนในกระบวนการ

ปฏิกิริยาที่ไม่ขึ้นกับแสง ไม่ต้องใช้โฟตอน

ถึงแม้ว่ามันเกิดขึ้นในขณะที่ไม่มีแสงแดด

มันไม่ต้องการโฟตอน แต่มันต้องการผลพลอยได้

จากปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสงในการเกิดขึ้น นั่นคือเหตุผลที่ทำไม

เราเรียกมันว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นต้องใช้แสง

มันเกิดขึ้นตอนไม่มีแสงแดด

และไม่ต้องการดวงอาทิตย์

กระบวนการนี้ต้องการดวงอาทิตย์ ดังนั้นพูดให้ชัดก็คือ

มันต้องการแสงอาทิตย์

มันต้องการโฟตอน

ฉันจะอธิบายกระบวนการนี้คร่าว ๆ

เราจะเริ่มสร้างโครงร่างซึ่ง

เราจะลงลึกมากกว่านี้

ปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสงต้องการโฟตอน

และน้ำ

น้ำจึงเข้าไปในปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสง

และออกมาอีกด้าน

เราจะได้ออกซิเจนระดับโมเลกุล

นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสง และฉันจะ

ลงลึกขึ้นไปถึงสิ่งที่เกิดขึ้นจริง ๆ

ปฏิกิริยานี้ผลิตเอทีพี ซึ่งเรารู้กันว่าเป็น

การหมุนเวียนระดับเซลล์หรือทางชีววิทยาของพลังงาน

มันผลิตเอทีพี และ NADPH

ตอนนี้ เมื่่อเราศึกษาการหายใจระดับเซลล์ เราจะเห็น

โมเลกุล NADH

ก็เหมือนกับ NADPH

เพียงแค่เพิ่มตัว P

มีกลุ่มของฟอสเฟต แต่พวกนี้ก็

มีกลไกเหมือนกัน คือตัวกระทำนี้

โมเลกุลนี้ สามารถให้ได้ เราลองมา

คิดกันว่ามันหมายความว่าอย่างไร ที่ว่ามันสามารถให้

ไฮโดรเจน และอิเลคตรอนที่สัมพันธ์กันกับไฮโดรเจนนี้

ดังนั้น ถ้าคุณให้อิเลคตรอนหนึ่งตัวแก่คนอื่น

เขาก็จะได้อิเลคตรอนตัวนั้น และก็จะมีอย่างอื่น

ถูกลดลงไป

ให้ฉันจดลงไปก่อน

มันเตือนความจำได้ดี

แท่นขุดเจาะน้ำมัน

การออกซิเดชั่นเสียอิเลคตรอน

การรีดักชั่นได้อิเลคตรอน

ประจุกจะลดลงเมื่อได้รับอิเฃ็กตรอนมา

มันเป็นประจุลบ

ดังนั้น นี่คือสารรีดิวส์

มันถูกออกซิไดส์โดยเสียไฮโดรเจนและ

อิเล็กตรอน

จะให้ฉันพูดถึงการออกซิเดชั่นทางชีววิทยา

หรือทางเคมีก็ได้ แต่มันก็เหมือน ๆ กัน

เมื่อเสียไฮโดรเจนไป ก็สูญเสียความสามารถที่จะใช้

อิเล็กตรอนของไฮโดรเจนด้วย

ตรงนี้ เมื่อมันแสดงปฏิกิริยากับตัวอื่น

มันคือตัวให้อิเล็กตรอน

ทำให้ไฮโดรเจนกับอิเล็กตรอนทำงานร่วมกับมัน

อีกอย่างจึงลดลงไปด้วย

สิ่งนี้คือสารรีดิวส์

มันมีประโยชน์คือ เมื่อไฮโดรเจน และ

โดยเฉพาะอีเลคตรอนที่สัมพันธ์กับไฮโดรเจนนั้น

เปลี่ยนจาก NADPH เป็น เรียกว่า โมเลกุลอื่น และเปลี่ยนไป

อยู่ในภาวะที่พลังงานต่ำลง พลังงานนั้นจะถูกใช้ใน

ปฏิกิริยาที่ไม่ใช้แสงได้ด้วย

และเราได้เห็นการหายใจระดับเซลล์ในโมเลกุลที่

เหมือน ๆ กัน NADH ผ่านวัฏจักรเคร็บส์ หรือ

ที่สำคัญกว่านั้น เห็นผ่านลูกโซ่ของการขนส่งอิเลคตรอน

ช่วยผลิต ATP ได้ขณะที่มันปล่อยอิเลคตรอน

แล้วจึงอยู่ในภาวะที่พลังงานลดลง

แต่ฉันไม่อยากทำให้คุณสับสนมากนัก

ปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสง รับเอาโฟตอนเข้ามา รับเอา

น้ำ คายออกซิเจน และคาย ATP กับ NADPH

ซึ่งจะได้ใช้ในปฏิกิริยาที่ไม่ใช้แสง

และปฏิกิริยาที่ไม่ใช้แสงของพืชส่วนใหญ่ที่เรากล่าวถึง

เรียกว่าวัฏจักรคัลวิน

และฉันจะกล่าวถึงรายละเอียดมากกว่านี้เกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นจริงๆ

ในวัฏจักรคัลวิน ได้รับATP กับ NADPH

แล้วผลิต...มันไม่ได้ผลิดกลูโคสโดยตรง

มันผลิต...โอ้ คุณอาจจะเห็นนี่

คุณอาจจะเรียกมันว่า PGAL

หรืือเรียกว่า G3P

พวกนี้ย่อมาจาก..ขอเขียนก่อน...มันคือ

ฟอสโฟกลีเซอรัลดีไฮด์

ลายมือฉันเละแล้ว

หรือคุณอาจเรียกมันว่า กลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต

โมเลกุลเดียวกัน

คุณอาจพอนึกภาพออก มันเป็นการพูดง่ายๆ

อย่างหยาบๆ คาร์บอน3ตัวกัลฟอสเฟตกลุ่มหนึ่ง

ประกอบอยู่กับมัน

นี่ก็ใช้เพื่อผลิตคาร์โบไฮเดรตได้

รวมถึงกลูโคสด้วย

ถ้าคุณมีสองตัวนี้ ก็ใช้

ผลิตกลูโคสได้

มาดูคร่าวๆอีกที เพราะว่ามัน

สำคัญมาก

ฉันจะถ่ายวิดิโอเกี่ยวกับปฏิกิริยาที่ใช้แสงและ

ปฏิกิริยาที่ไม้่ต้องใช้แสง

มันจะเป็น2วิดิโอถัดไปที่ฉันจะทำ

ดังนั้น การสังเคราะห์แสงเริ่มจากโฟตอน

ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นเมื่อไม่มีแดด เฉพาะปฏิกิริยา

ที่ใช้แสงเท่านั้นที่ต้องการโฟตอน

ปฏิกิริยาที่ใช้แสงใช้โฟตอน เราจะ

พูดถึงรายละเอียดมากกว่านี้เกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นจริง

และมันก็ใช้น้ำ

ออกซิเจนถูกคายออกมา

ATP กับ NADPH ถูกคายออกมา ซึ่งภูกใช้ใน

ปฏิกิริยาที่ไม่ใช้แสง หรือวัฏจักรคัลวิน หรือ

ปฏิกิริยาที่ไม่ต้องใช้แสงในการทำให้เกิดขึ้น เพราะพวกนี้ยัง

เกิดขึ้นด้วยแสง

มันไม่ต้องการโฟตอน

ดังนั้นมันเป็นปฏิกิริยาที่ไม่ต้องใช้แสงในการทำให้เกิดขึ้น

และใช้ในการเชื่อม และเราพูดถึง

โมเลกุลที่ใช้เชื่อม

โอ้ ฉันลืมองค์ประกอบที่สำคัญของ

ปฏิกิริยาที่ไม่ใช้แสงไป

มันต้องการคาร์บอนไดออกไซด์

ซึ่งคุณต้องทำให้คาร์บอนผลิต

ฟอสโฟกลีเซอรัลดีไฮด์ หรือ กลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต

นี่สำคัญมาห

มันรับเอาคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นผลผลิตจาก

ปฏิกิริยาที่ใช้แสง และใช้มันในวัฏจักรคัลวิน

ผลิตโครงสร้างง่ายๆของ

คาร์โบไฮเดรต

และถ้าคุณจำไกลโคไลสิสได้ คุณก็จะจำ

โมเลกุล PGAL หรือ G3P ได้ เหมือนกันเลย

เป็นสิ่งแรกๆที่แยกกลูโคสออกเป็น2

เมื่อเราทำการไกลโคไลสิส

และตอนนี้เรากำลังพูดอีกอย่างหนึ่ง

เรากำลังสร้างกลูโคสซึ่งเราจะแยกมันออกจากกันทีหลัง

เพื่อให้ได้พลังงาน

ดังนั้น นี่คือภาพรวมของการสังเคราะห์ด้วยแสง

วิดิโอต่อๆไป ฉันจะลงรายละเอียดให้มากกว่านี้

คุณจะได้รู้เกี่ยวกับการเกิดขึ้นของปฏิกิริยาที่ใช้แสงและ

ปฏิกิริยาที่ไม่ต้องใช้แสง