กลไกลการเพิ่มความเข้มข้น
กลไกการเพิ่มความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ของพืชซีเอเอ็ม(CAM)
พืชบางชนิดสามารถเจริญได้ในสภาวะที่มีแสงแดดจัดและแห้งแล้ง ซึ่งในเวลากลางวันสภาพแวดล้อมจะมีความชื้นต่ำและอุณหภูมิสูง ทำให้พืชสูญเสียน้ำ พืชจึงมีวิวัฒนาการในการลดการสูญเสียน้ำ โดยใช้กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงที่ต่างไปจากพืช C3 และ C4 ได้แก่ กระบองเพชร และสับปะรด พืชพวกนี้จะเปิดปากใบเฉพาะในเวลากลางคืนและปิดปากใบในเวลากลางวันเพื่อป้องกันการสูญเสียน้ำ ในเวลากลางคืนเมื่อปากใบเปิด การตรึง CO2 จะเกิดขึ้น โดยการรวมตัวของคาร์บอนไดออกไซด์เข้ากับสารอินทรีย์หลากหลายชนิดซึ่งจะเกิดการเปลี่ยนแปลงโมเลกุลไปเป็นสารอินทรีย์ที่เป็นกรดหลายตัวด้วยกัน สารอินทรีย์ที่เกิดขึ้นนั้นจะถูกเก็บไว้ในแวคิวโอล(vacuole)เมื่อปากใบปิดในตอนกลางวันปฏิกิริยาใช้แสงจะเกิดขึ้นเพื่อสร้าง ATP และ NADPH สำหรับป้อนเข้าสู่วัฏจักรเคลวิน ส่วนคารบอนไดออกไซด์ จะถูกปล่อยออกมาจากโมเลกุลสารอินทรีย์ที่พืชสร้างเอาไว้ในเวลากลางคืน ทำให้วัฏจักรเคลวินสามารถทำงานได้กระบวนการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์อย่างที่พบในพืชพวกกระบองเพชรและสับปะรดนี้ ถูกค้นพบเป็นครั้งแรกในพืชตระกูลครัสซูเลเชียน (crassulacean) และเรียกการปรับตัวให้เข้ากับสภาวะแสงแดดจัดและแห้งแล้งโดยใช้กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงดังกล่าวนี้ว่า เมแทบอลิซึมของกรดอินทรีย์ในพืชครัสซูเลเชียน (crassulacean acid metabolism) เรียกย่อๆ ว่า CAM ต่อมาเมื่อพบว่ายังมีพืชอื่นๆ ที่มีการปรับตัวแบบเดียวกับพืชครัสซูเลเชียนด้วย จึงเรียกพืชเหล่านั้นรวมๆ ว่า พืช CAM
พืชพวกแคม (CAM) จะเป็นพืชที่อยู่ในที่ที่แห้งแล้งพวก ซีโรไฟต์ (xerophyte) มักเป็นพืชอวบน้ำ (succulent) เช่น กระบองเพชร กล้วยไม้ อะกาเว สับปะรด และพืชพวกคราสซูลาซีอี (family crassulaceae) ได้แก่ ต้นกุหลาบหิน ต้นคว่ำตายหงายเป็น กลไกการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชกลุ่มนี้จะมีการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ 2 ครั้ง คล้ายๆ กับพืช C4 แต่ต่างเวลากัน โดยมีสารอินทรีย์ที่เป็นตัวรับ HCO3- ซึ่งเป็นการปรับตัวให้ทนอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและขาดแคลนน้ำได้
ภาพแสดงกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช CAM (1)
ภาพแสดงกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช CAM (2)
ที่มา คัมภีร์ฉบับสมบูรณ์ชีววิทยา ม.4-5-6 Entrance Anet ระบบ Admission สำนักพิมพ์พ.ศ.พัฒนา หน้า 553
ปฏิกิริยาประกอบด้วย 3 ขั้นตอน คือ
1. การสร้างกรดในที่มืด (dark acidication) ในเวลากลางคืนปากใบพืชพวกแคมจะเปิด CO2 จะ
แพร่เข้าทางปากใบและถูกจับโดยPEPโดยเอนไซม์PEPคาร์บอกซิเลส ได้กรดออกซาโลแอซีติก (OAA) แล้วเปลี่ยนไปเป็นกรดมาลิก (malic acid) แล้วลำเลียงไปสะสมอยู่ในแวคิวโอล ดังสมการ
2. การใช้กรดในที่มืด (dark diacidication) กรดมาลิกที่เกิดขึ้นและสะสมบางส่วนถูกนำกลับเข้าสู่
คลอโรพลาสต์เพื่อใช้ในเวลากลางคืน โดยเปลี่ยนเป็นกรดไพรูวิกและ CO2 กรดไพรูวิกที่ได้นี้จะถูกใช้ในการหายใจของไมโทคอนเดรีย โดยเข้าสู่วัฏจักรเครบส์ (Krebs cycle) หรือเปลี่ยนเป็น PEP กลับคืนมา ส่วนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ อาจทำปฏิกิริยากับ PEP ซึ่งเป็นการตรึงแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ได้อีก หรือทำปฏิกิริยากับRuBP เข้าสู่วัฏจักรแคลวินเพื่อสร้างน้ำตาลได้
3. การใช้กรดในเวลากลางวัน (light diacidication) เมื่อพืชได้รับแสง กรดมาลิกถูกลำเลียงจากแวคิวโอลเข้าสู่คลอโรพลาสต์ ต่อจากนั้นจะเปลี่ยนเป็นกรดไพรูวิกและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ กรดไพรูวิกจะเปลี่ยนกลับไปเป็นสารพวกแป้ง โดยย้อนกลับในกระบวนการไกลโคไลซีส ส่วนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะรวมตัวกับ RuBPเข้าสู่วัฏจักรแคลวินเพื่อสร้างน้ำตาลได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากในเวลากลางวันปฏิกิริยาที่ต้องใช้แสงเกิดขึ้นมาก จึงมี NADPH + H+ และ ATP จำนวนมากด้วย น้ำตาลที่ได้ถูกเปลี่ยนไปเป็นแป้งเพื่อสะสมและใช้ในกิจกรรมต่างๆ ต่อไป
ภาพแสดงกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช C4 และ CAM
ภาพแสดงปฏิกิริยาไม่ใช้แสงของ CAM-Plant
ภาพแสดงเปอร์เซ็นต์ของแสงที่พืชดูดไว้และดูดไม่ได้
ที่มา หนังสือคัมภีร์ฉบับสมบูรณ์ชีววิทยา ม.4-5-6 Entrance Anet ระบบ Admissionสำนักพิมพ์พ.ศ.พัฒนา หน้า 560
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น