5. Energy Supplied
Energy Supplied
Energy of
Energy of activation Energy of
reactant reactant Energy of
activation
Energy Released
Energy Released
Energy of Energy of
product product
E a without Enzyme Ea with Enzyme
ภาพแสดงผลของปฏิกิริยาเคมีเมื่อมีเอนไซมและไมมีเอนไซม
(พบวาการใชพลังงานกระตุนลดลงอยางมาก)
พลังงานที่ใชในการสลายพันธะเคมี
พลังงานที่ใชในการสลายพันธะเคมี เรียกวา พลังงานพันธะ (Bond energy) พลังงานที่เกิดขึ้นจากปฏิกรยาเคมี
ิิ
มี 2 ประเภท คือ
1. ปฏิกิริยาคายพลังงาน (Exergonic reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นแลวจะปลอยพลังงานออกมา >
พลังงานกระตุนที่ใสเขาไป เชน การรวมกันของกาซไฮโดรเจน และกาซออกซิเจน หรือการสลายสารอินทรียตางๆ
(การหายใจ)
สรุป พลังงานสรางพันธะ > พลังงานสลายพันธะ
ตัวอยางปฏิกิริยาคายพลังงาน
ATP + H2O ADP + Pi + 7.3 kcal/mol
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 36 ATP
2H2 + O2 2H2O + พลังงานสรางพันธะ
2. ปฏิกิริยาดูดพลังงาน (Endergonic reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นแลวจะปลอยพลังงานออกมา <
พลังงานกระตุนที่ใสเขาไป เชน กระบวนการสังเคราะหดวยแสง การแยกนําดวยไฟฟา การสังเคราะหสารอินทรียตางๆ
้
ในเซลลของสิ่งมีชวิต
ี
สรุป พลังงานสรางพันธะ < พลังงานสลายพันธะ
ตัวอยางปฏิกิริยาดูดพลังงาน
2H2O + พลังงานสลายพันธะ 2H2 + O2
6CO2 + 12H2O + 18 ATP C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
ADP + Pi + 7.3 kcal ATP
85
ชีววิทยา
6. Exergonic reactions (e.g. cellular respiration)
Energy
ADP + Pi ATP
Energy
Endergonic reactions (e.g. protein synthesis
making new cells or cell parts)
แสดงปฏิกรยาดูดพลังงาน (Endergonic reaction) และปฏิกิริยาคายพลังงาน (Exergonic reaction)
ิิ
ที่เกิดขึ้นในเซลลของสิ่งมีชีวิต (โดยมี ATP เปนสารตัวกลางในการเก็บสะสมพลังงานและคายพลังงานออกมา)
86
ชีววิทยา
18. Leaf
Plant cell
Light energy Carbon dioxide Chloroplast
Light-trapping Energy CO2 Carbon-
reactions carriers fixing
ATP and reactions
Energy NADPH
Boosted
H2 O electrons
Chlorophyll Carbohydrate
Oxygen Carbohydrate
กระบวนการหลักของการสังเคราะหดวยแสง
1.1 การถายทอดอิเล็กตรอนแบบเปนวัฏจักร (Cyclic electron transfer)
Primary
e- electron
-0.6 acceptor
e-
Ferredoxin
Oxidation-reduction potential in volts
(relative energy level)
0 e-
Cytochrome
complex ADP + Pi
e- Production of ATP by
chemiosmosis
Plastocyanin
Ligh
ATP
t
e-
+0.4 P700
Photosystem I
แสดงการถายทอดอิเล็กตรอนแบบเปนวัฏจักร (Cyclic photophosphorylation)
98
ชีววิทยา
19. 1.2 การถายทอดอิเล็กตรอนแบบไมเปนวัฏจักร (Noncyclic electron transfer)
สรุป
PS I (P700) NADP ⋅ H
PS II (P680) ATP
-0.6 +Primary
2e- electron
acceptor
2e-
Primary
Oxidation-reduction potential (volts)
electron
2e - acceptor Ferredoxin
2e-
(relative energy level)
0 2e- NADPH
Plastoquinone
2e- 2H+ +
ADP + Pi Cytochrome (from medium) NADP
complex
Production ATP 2e- Lig
+0.4 of ATP by Plastocyanin ht
chemiosmosis
2e- P700
1 O2 + 2H+
Light
2e - 2 Photosystem I
P680 H 2O
+0.8
Photosystem II
กระบวนการถายทอดอิเล็กตรอนแบบไมเปนวัฏจักร (Noncyclic electron transfer)
2. ปฏิกิริยาที่ไมใชแสง (Dark reaction หรือ Calvin cycle หรือ CO2 fixation) เปนกระบวนการที่พืชนํา
สารพลังงานสูง คือ ATP และ NADPH + H+ ซึงเปนผลทีไดจากปฏิกรยาชวง Light reaction มาเปลียน CO2 ซึ่งมี
่ ่ ิิ ่
พลังงานศักยตํ่าใหเปนคารโบไฮเดรตที่มีพลังงานศักยสูง กระบวนการนี้เกิดขึ้นในสโตรมา (Stroma) ของคลอโรพลาสต
โดยไมตองใชแสง (ในที่มแสงก็เกิดขึ้นได)
ี
เอ็ม คัลวิน (M. Calvin) เอ เบนสัน (A. Benson) และคณะแหงมหาวิทยาลัยแคลิฟอรเนียที่เบิรกเลย
ไดทดลองและศึกษาเกี่ยวกับปฏิกิริยาที่ไมใชแสงดังกลาวมาแลว จากผลการทดลองยังไดพบวา ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเหลานี้
เกิดตอเนื่องกันไมเปนวัฏจักร เรียกวัฏจักรของปฏิกิริยานี้วา วัฏจักรคัลวิน (Calvin cycle)
99
ชีววิทยา
20. Metabolites of the Calvin cycle
RuBP ribulose bisphosphate
PGA phosphoglycerate
PGAP diphosphoglycerate
PGAL phosphoglyceraldehyde
3 CO 2
(Intermediate)
3 C6
6 PGA
3 RuBP C3
C5 CO 2 6 ATP
Fixation
3 ADP
6 ADP These ATP and NADPH
Calvin CO 2 molecules were produced
cycle Reduction by the light-dependent
reactions.
These ATP molecules
were produced by the 3 ATP Regeneration 6 PGAP
light-dependent of RuBP
reactions. C3
5 PGAL 6 NADPH
C3
6 PGAL
C3 6 NADP +
There is a net gain of one PGAL.
แสดงวัฏจักรคัลวินของพืช
100
ชีววิทยา
21. H2O Stroma
Lig
ht CO2
NADPH
NADP+ Calvin
cycle
ATP
Thylakoid ADP
membrane O2 PGAL
a Thylakoid
Photosystem II
Light Photosystem I Stroma
Antenna Cytochrome
complex complex Light
H+ Antenna complex
NADP++ H+
NADP
Pq e- reductase
e- e- NADPH
H+
H 2O 1 H+
2 O2
+ Calvin
cycle
2 H+
H+
H+
ATP
H+
Thylakoid Space H+
ATP synthase ADP + P
แผนภาพแสดงกระบวนการ Light reaction และ Dark reaction ทีสาคัญ
่ํ
101
ชีววิทยา
22. ตารางสรุปวัฏจักรของคัลวิน (ตอการสราง Glucose 1 โมเลกุล)
ขอ สิ่งที่ใชในปฏิกิริยา สิ่งที่เกิดจากปฏิกิริยา
1. 6 CO2 12 PGAL (2 PGAL 1 Glucose)
2. 6 RuDP 18 ADP + 18 Pi
3. 18 ATP (จากปฏิกิริยาที่ใชแสง) 12 NADP + 12 H+
4. 12 NADPH (จากปฏิกิริยาที่ใชแสง) 6H2O
PGA เปนสารอินทรีย (ที่อยูตัว) ชนิดแรกที่เกิดในวัฏจักรคัลวิน
PGAL เปนนํ้าตาลชนิดแรกที่เกิดขึ้นในวัฏจักรคัลวิน
H 2O
CO2 O2 Grana
CO2
Chloroplasts NADPH
Lig
ht
NADP+ Calvin
a. Plant cell ATP cycle
Thylakoid
Granum
O2 ADP Sugar
Thylakoid
membrane Stroma
b. Chloroplast
Thylakoid
space
(a) แสดงเซลลของพืชใหเห็นคลอโรพลาสต
(b) โครงสรางของไทลาคอยด และกรานาในคลอโรพลาสต และปฏิกิรยาการสังเคราะหดวยแสง
ิ
สมการรวมของการสังเคราะหดวยแสงที่สมบูรณเปนดังนี้ คือ
12H2O + 6CO2 + 6ADP + 6Pi แสง C H O + 6O2 + 6ATP + 6H2O
คลอโรฟลล 6 12 6
102
ชีววิทยา
24. CO2
(3C) Phosphoenol
pyruvate Oxaloacetate (4C)
NADPH
Mesophyll cell
AMP
NADP +
ATP
Pyruvate (3C) Malate (4C)
Pyruvate (3C) Malate (4C)
NADP +
Bundle sheath cell
CO2
Glucose NADPH
Vein
Mesophyll cell Bundle sheath cell
CO2 PEP PEP Calvin-
PEP Benson
cycle
Oxaloacetic Malic RuBP
acid Malic acid CO2
acid
Plasmodesmata
แสดงแหลงที่เกิดและสารตางๆ ที่เกิดขึ้นในการตรึง CO2 ของพืช C4
สรุปสมการตรึง CO2 ของพืช C4
CO 2 + PEP OxAc Malic acid Pyruvate + CO 2 Calvin cycle Glucose
ADP + Pi ATP
หมายเหตุ พืช C4 ไมมีการหายใจแสง (Photorespiration) แตพืช C3 มีการหายใจแสง ทําใหอัตราการ
สังเคราะหดวยแสงลดลง
104
ชีววิทยา
25. - พืชอวบนํ้า CAM (Casulacean Acid Metabolism)
- ไดแก กระบองเพชร สับปะรด วานหางจระเข
- ปากใบ (Stomata) เปดในเวลากลางคืน (เพื่อจับ CO2)
- กลางคืน สรางกรด 4C (Malic acid)
- กลางวัน เปลี่ยนกรด 4C เปนนํ้าตาล (PGAL)
[ตรึง CO2 2 ครั้งที่ Mesophyll]
Mesophyll
PEP (3C) PEP (3C) PGAL
PGAL
RuDP
CO2 PGA
Pyruvic ^
a
3C
CO2
Malic ^
a Malic ^
a
4C 4C
กลางคืน กลางวัน
กระบวนการสังเคราะหดวยแสงของพืช CAM (ถือวากํ้ากึ่งระหวางพืช C3 และพืช C4)
ตารางเปรียบเทียบการตรึง CO2 และการสรางนํ้าตาลของพืช C3 พืช C4 และพืชอวบนํ้า (CAM)
ขอเปรียบเทียบ พืช C3 พืช C4 พืช CAM
1. การตรึง CO2 1 ครั้ง 2 ครั้ง 2 ครั้ง
2. แหลงที่เกิด Mesophyll Mesophyll และ Mesophyll
Bundle sheath
3. ผลผลิตตัวแรก PGA (3C) Oxaloacetic acid (4C) Malic acid (4C)
4. เวลาที่ตรึง CO2 กลางวัน กลางวัน กลางคืน
5. เวลาที่สราง PGAL กลางวัน กลางวัน กลางวัน
6. พลังงานที่ใชตรึง CO2 นอย มาก มาก
7. เมื่ออากาศรอน และแหงแลง ตรึง CO2 และสราง ตรึง CO2 และสรางนํ้าตาล ตรึง CO2 และสราง
PGAL ไมได ได นํ้าตาลได
8. เมื่ออากาศเย็น ชื้น มืดครึ้ม ตรึง CO2 และสราง ตรึง CO2 และสรางนํ้าตาล ตรึง CO2 และสราง
นํ้าตาลได ไมคอยได นํ้าตาลไมคอยได
9. การหายใจแสง มี ไมมี -
(Photorespiration)
105
ชีววิทยา
26. CO2 CO 2 Night CO 2
Mesophyll
cell C4 C4
Day
RuBP Bundle CO 2 CO2
sheath
Calvin cell
cycle
PGA Calvin Calvin
( C3 ) cycle cycle
PGAL
Mesophyll cell PGAL PGAL
CO 2 fixation in a C 3plant CO 2 fixation in a C 4plant CO 2 fixation in a CAM plant
แผนผังกระบวนการ Dark reaction
Bundle
sheath
cell
Mesophyll
cells
Vein
Stomate
C3 Plant C4 Plant
แผนภาพแสดงการเรียงตัวของเนื้อเยื่อ Mesophyll รอบๆ Bundle sheath ของพืช C3 และพืช C4
106
ชีววิทยา
27. แผนผังมโนมติแสดงการลําเลียงในพืช
การลําเลียงในพืช
การลําเลียงนํา
้ การลําเลียงเกลือแร การลําเลียงนําตาล
้
Xylem xylem Phloem
Structure วิธการลําเลียงนํา
ี ้ วิธการลําเลียงเกลือแร
ี Structure วิธการลําเลียงนําตาล
ี ้
Xylem parenchyma พืชสูงไมเกิน 19.5 ม. พืชสูงเกิน 19.5 ม. Passive Active Phloem parenchyma Turgor
transport transport pressure
Xylem fiber Osmosis Transpiration pull Phloem fiber
Tracheid Capillary action Sieve tube
Vessel member Root pressure Companion cell
Transpiration pull
แผนผังมโนมติแสดงโครงสรางเนื้อเยื่อที่ใชในการลําเลียงนํ้าของพืช
โครงสรางและเนื้อเยื่อที่ใชในการลําเลียงนํ้าของพืช
รากชั้นนอก รากชั้นใน
Endodermis Epidermis Cortex Pith Vascular bundle Pericycle
Casparian strip Parenchyma Xylem Phloem
I o wall I o wall
Passage cell Collenchyma Xylem parenchyma Phloem parenchyma
มีชีวิต มีชีวิต
Sclerenchyma II o wall Phloem fiber II o wall
Xylem fiber ไมมีชีวิต
ไมมีชีวิต
o I o wall
Tracheid II wall Sieve tube member
มีชีวิต
ไมมีชีวิต
o I o wall
Vessel member II wall Companion cell
มีชีวิต
ไมมีชีวิต
107
ชีววิทยา
28. การสืบพันธุของสิ่งมีชีวิต
การสืบพันธุ (Reproduction) คือ การเพิ่มจํานวนหรือการใหกาเนิดสิงมีชวตทีเ่ ปนชนิดเดียวกันกับพอแม หรือ
ํ ่ ีิ
บรรพบุรุษ (ถือเปนสมบัติที่สําคัญของสิ่งมีชีวตทุกชนิด ทําใหสิ่งมีชีวิตแตละชนิดดํารงเผาพันธุอยูได)
ิ
วัฏจักรของเซลล (1 Cell cycle) แบงออกเปน 2 ระยะ คือ
1. ระยะอินเตอรเฟส (Interphase) หรือระยะเตรียมพรอมกอนแบงนิวเคลียส แบงเปนระยะยอยๆ 3 ระยะ
คือ G1, S และ G2 ตามลําดับ
2. ระยะ Mitosis (M phase) เปนระยะแบงนิวเคลียส มี 4 ระยะยอยๆ คือ
1. โปรเฟส (Prophase)
2. เมตาเฟส (Metaphase)
3. แอนาเฟส (Anaphase)
Karyokinesis
4. ทีโลเฟส (Telophase)
Cyt To another cell cycle
okin
Mitosis esis
One
daughter cell
The cell divides One
in two daughter cell
G2
DNA replication
S G1
Interphase
On Off
Genes that Genes that
stimulate cell suppress cell
division division
แสดงชวงระยะเวลาที่ใชใน 1 วัฏจักรเซลล และการเปลี่ยนแปลงในระยะตางๆ
108
ชีววิทยา