carbondioxide fixation

32
1

Upload: thanyamon-chat

Post on 23-Jan-2018

1.227 views

Category:

Education


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: carbondioxide fixation

1

Page 2: carbondioxide fixation

2

Page 3: carbondioxide fixation

stroma

สารตงตนทใช คอ NADPH ATP CO2

ผลตภณฑทได คอ Glucose

3

Page 4: carbondioxide fixation

ป พ.ศ. 2493 (ค.ศ. 1950) คลวน (Melvin Calvin) แอนดร เอ เบนสน (Andrew A Benson) และคณะ ไดน าสาหรายสเขยวเซลลเดยว คลอเรลลา (Chlorella) และน าใสในขวดแกว

4

Page 5: carbondioxide fixation

• ผานแสงและ CO2 ทเปน 14C ทอยในรปของ H14CO-3 เขาไปในขวดเพอใหเกด

การสงเคราะหดวยแสง• เมอผานไปไดประมาณ 60 วนาท ตรวจสารประกอบแลวพบ 14C ใน

สารประกอบของ ฟอสโฟกลเซอรก (Phosphoglyceric acid) หรอ PGA• PGA มคารบอนอย 3 อะตอมในโมเลกล แตมอะตอมเดยวเทานนทเปน 14C

สวนอก 2 อะตอมเปนอะตอมของคารบอนปกต P

5

Page 6: carbondioxide fixation

เมอมแสงปรมาณของ PGA และ RuBP จะอยในระดบคงท ขณะทไมมแสงสวาง แตมคารบอนไดออกไซด ปรมาณ PGA เพมขน สวน RuBP ลดลง การท RuBP ลดลงขณะทไมมแสง เนองจากไมเกดปฏกรยาแสง จงไมม ATP และ NADPH เพอใชเปลยน PGA ใหกลายเปน RuBP การเปลยนแปลงของ PGA และ RuBPในชวงทไมม CO2 เปนการสนบสนนวา RuBP เปนตวรบคารบอนไดออกไซด แลวท าใหเกด PGA ขนมา เมอไมม CO2 ปรมาณ RuBP เพมสงขน ในขณะท PGA ลดลง แสดงวาการขาด ท าให RuBP ไมสามารถเปลยนไปเปน PGA ได 6

Page 7: carbondioxide fixation

7

Page 8: carbondioxide fixation

8

Page 9: carbondioxide fixation

คารบอนไดออกไซดเขาสวฏจกรคลวนดวยการท าปฏกรยากบ RuBP โดยมเอนไซม ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase oxygenase : Rubisco เปนตวเรงปฏกรยา

9

ท าใหไดสารประกอบทไมอมตว มคารบอนอย 6 อะตอม แลวสลายให Phosphoglycerate : PGA (3C) 2 โมเลกล

1. Carboxylation /Carbon fixation

Page 10: carbondioxide fixation

1. PGA รบหมฟอสเฟตจาก ATP กลายเปน 1,3-bisphosphoglycerate

2. รบอเลกตรอนจาก NADPH เพอรดวซ 1,3-bisphosphoglycerate ใหกลายเปน PGAL (phosphoglyceroldehyde) หรอ G3P (glyceroldehyde-3-phosphate)

10

2. Reduction

Page 11: carbondioxide fixation

3. Regeneration

11

• เปนปฏกรยาทสราง RuBP ขนมาใหมเพอกลบไปรบ CO2 อกครง• มการใช ATP เพอสราง RuBP จาก G3P

Page 12: carbondioxide fixation

น าตาลทไดจากวฏจกรคลวนจะถกน าไปสรางเปน glucose และ sucrose เพอล าเลยงไปสสวนตาง ๆ ของพช ในปจจบน พบวา แสงมบทบาทส าคญ เนองจากแสงจะไปกระตนการท างานของเอนไซมหลายชนดในวฏจกรคลวน เชน rubisco และแสงยงมอทธพลตอการล าเลยง G3P ออกจาก chloroplast และมอทธพลตอการเคลอนทของไอออนตาง ๆ

12

Page 13: carbondioxide fixation

หมายถง กระบวนการตรงออกซเจนในคลอโรพลาสตเมอไดรบแสง กระบวนการนเกดขนในสภาพทใบพชไดรบแสงมาก แตมปรมาณคารบอนไดออกไซดในบรรยากาศนอย ท าให RuBP ตรงออกซเจนไดมาก

13

Page 14: carbondioxide fixation

• RuBP จะท าปฏกรยากบ O2 แทนท CO2• ได Phosphoglycolic acid (2C) และ PGA (3C)

RuBP(Ribulose bisphosphate)

C C C C CC C C

PGA(Phosphoglycerate)

C C

O O

Rubisco

Phosphoglycolate

14

Page 15: carbondioxide fixation

PGA ยงคงอยใน Calvin cycle แต Phosphoglycolate จะออกจากคลอโรพลาสตเขาส Peroxisome และ Mitochodria จนสลายเปน CO2

เรยกวา Photorespiration เนองมาจาก1. เกดในทมแสง (Photo)2. ใช O2 คลายกบการหายใจแบบใชออกซเจน (respiration)3. ได CO2 และน า คลายกบการหายใจแบบใชออกซเจน (respiration)

ตางจากการหายใจแบบใชออกซเจน คอ ไมมการสราง ATP (แตใช ATP) ตางจากการสงเคราะหดวยแสง คอ ไมมการสรางน าตาลกลโคส ชวยปองกนความเสยหายใหแกระบบการสงเคราะหดวยแสง เมอใบพชอยในสภาพไดรบแสงมากแตม CO2 นอย เนองจากพชไดใช ATP ทเกดจากปฏกรยาแสง เพอลดอนตรายจากสารพลงงานสงทเหลอใช

15

Page 16: carbondioxide fixation

16

Page 17: carbondioxide fixation

ตามปกต พชมการตรง CO2 (กระบวนการสงเคราะหดวยแสง) และกระบวนการตรง O2 (โฟโตเรสไพเรชน) เกดขนพรอมกนอยแลว

สดสวนในการตรง CO2 : O2 = 3 : 1 (แตอาจเปลยนแปลงตามความเขมขนของ CO2 และ O2 ในเซลล)

สภาพแวดลอมทท าใหเกดโฟโตเรสไพเรชนไดด คอ แสงแดดจด มความรอนและแหงแลง ท าใหปากใบปด

17

Page 18: carbondioxide fixation

18

Page 19: carbondioxide fixation

โครงสรางของใบทจ าเปนตอการตรง CO2

19

Page 20: carbondioxide fixation

C3 vs. C4

พช C3 มคลอโรพลาสตอยทบรเวณ mesophyll เทานน แต Bundle sheath หรอเซลลทหอหมทอล าเลยงไมมคลอโรพลาสต พช C4 มคลอโรพลาสต พบคลอโรพลาสตทงใน mesophyll และ Bundle sheath การทพช C3 และ C4 มโครงสรางทแตกตางกน จะสงผลตอการตรงคารบอนไดออกไซดทแตกตางกนดวย

20

Page 21: carbondioxide fixation

วฏจกรคารบอนของพช C3

21

Page 22: carbondioxide fixation

วฏจกรคารบอนของพช C4

• พช C4 ไดแก ขาวโพด ออย ขาวฟาง บานไมรโรย • มการตรง CO2 2 ครง

–ครงแรกท mesophyll–ครงทสองท Bundle sheath

22

Page 23: carbondioxide fixation

PEP (3C) + CO2 OAA (4C)

1. การตรง CO2 ท Mesophyll• สารประกอบทมคารบอน 3 อะตอม คอ phosphoenol pyruvic acid หรอ PEP มารบ CO2• กลายเปน oxaloacetic acid หรอ OAA• OAA จะเปลยนเปน malic acid แลวเขาส bundle sheath

2. การตรง CO2 ท Bundle sheath• malic acid แลวเขาส bundle sheath โดย

ผานทาง plasmodesmata แลวปลอย CO2ใหแก RuBP ใน Calvin cycle

• ท าใหปรมาณ CO2 ใน bundle sheath สงอยตลอดเวลา 23

Page 24: carbondioxide fixation

24

Page 25: carbondioxide fixation

Crassulacean acid metabolism plant ; CAM

เชน กระบองเพชร สบประรด กลวยไม ศรนารายณ ลนมงกร วานหางจระเข

ในสภาวะแวดลอมทอากาศแหงแลง อณหภมสงแตความชนต า พชจะสญเสยน าพชปรบตวโดยเปลยนใบเปนหนาม หรอมล าตนอวบเพอกกเกบน า และปดปากใบในเวลากลางวนการทปากใบปด ท าให CO2 เขาสใบไมได พช CAM จงตรง CO2 ในเวลากลางคนกลางคน:อณหภมลดต าลงและความชนเพม ปากใบเปด และมการตรง CO2 แบบ C4 pathway ได OAA แลวเปลยนเปนกรดมาลกไปเกบทแวควโอลกลางวน : ปากใบปด กรดมาลกในแวควโอลปลอย CO2 ออกมา เขาส Calvin cycle

25

Page 26: carbondioxide fixation

26

Page 27: carbondioxide fixation

27

Page 28: carbondioxide fixation

28

Page 29: carbondioxide fixation

29

Page 30: carbondioxide fixation

A

B

C

D

E

F30

Page 31: carbondioxide fixation

31

Page 32: carbondioxide fixation

3. เปรยบเทยบความแตกตางระหวางพช C3 C4 และ CAMขอเปรยบเทยบ พช C3 พช C4 พช CAM

จ านวนครงในการตรง CO2

บรเวณทเกดการตรง CO2

บรเวณทเกดวฏจกรคลวน

ผลตภณฑตวแรกทไดจากการตรง CO2 ในอากาศ

Photorespiration

ชนดของพช32