Báo cáo đề tài: Qúa trình quang hợp ở vi khuẩn doc

Sinh Lý Học Thực Vật
ĐỀ TÀI: QUÁ TRÌNH QUANG HỢP Ở VI KHUẨN
CẤU TRÚC ĐỀ TÀI.
A.PHẦN MỞ ĐẦU……………………………… 2
1. Lý do chọn đề tài……………………………………………… …….….…2
2. Mục đích nghiên cứu ………………………………………………… ….2
3.Đối tượng nghiên cứu…………………………………………………… 2
4. Phạm vi nghiên cứu 2
5. Phương pháp nghiên cứu ……………………………………………… 2
B.PHẨN NỘI DUNG ……………………………………… … ….3
I.Nguyên lý chung………………………………… …………… 3
II.Quá trình quang hợp ở Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfure
bacteria) 5
III.Quá trình quang hợp ở Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Purple bacteria) 7
IV.Quá trình quang hợp ở Vi khuẩn Heliobacteria………………….… ……9
V. Quá trình quang hợp ở Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfure
purple bacteria)……………………………………………………………….11
C.KẾT LUẬN……………… ……………………….…………………….12
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………… …….12
SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh – KTNN K09
1
Sinh Lý Học Thực Vật
A.MỞ ĐẦU :
1. Lý do chọn đề tài :
- Quang hợp là phương thức dinh dưỡng của các sinh vật có khả năng chuyển
hóa quang năng thành hóa năng tích trong các chất hữu cơ. Quang hợp không
chỉ là phương thức dinh dưỡng đặc trưng cho tảo và thực vật mà còn có ở các
vi khuẩn quang hợp như : vi khuẩn lưu huỳnh màu lục(Green sulfure bacteria)
- Tuy nhiên trong chương trình ta chỉ học quá trình quang hợp ở thực vật vì
vậy tôi chọn đề tài “ Quá Trình Quang Hợp Ở Vi Khuẩn “ làm đề tài nghiên
cứu.

2. Mục đích nghiên cứu :
Tìm hiểu được quá trình quang hợp của vi khuẩn
3. Đối tượng nghiên cứu :
Nghiên cứu về quá trình quang hợp của vi khuẩn
4. Phạm vi nghiên cứu :
Một số loài vi khuẩn quang hợp tiêu biểu
5. Phương pháp nghiên cứu :
* Phương pháp phân tích và tổng hợp lí thuyết :
Thu thập thông tin thông qua internet, giáo trình, sách……
* Phương pháp thực nghiệm :
Thông qua việc thực hành quan sát ở phòng thí nghiệm.
SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh – KTNN K09
2
Sinh Lý Học Thực Vật
B.NỘI DUNG :
I.Nguyên lý chung :
- Đối với tảo và thực vật, sắc tố quang hợp chủ yếu là clorophyl, carotenoit và
xantophyl ở tảo và tv bậc thấp.

- Ở vi khuẩn lưu quang hợp thì sắc tố là bacteriorodopxin, bacterioclorophyl
và bacteriopheophitin
+ Chúng thuộc loại tự dưỡng quang năng, có thể sử dụng CO2 làm nguồn
cacbon tổng hợp nên chất hữu cơ của cơ thể, dưới tác động của năng lượng
ánh sáng mặt trời. Phương trình có thể biểu diễn như sau:
SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh – KTNN K09
3
`
Hình 1. Quang phổ hấp thụ của clorophyl
Sinh Lý Học Thực Vật
2CO

2
+ H
2
S + 2H
2
O (CH
2
O) + H
2
SO
4
- Trong quá trình oxi hóa H
2
S, lưu huỳnh được tích lũy. Sau đó S được
chuyển hóa thành SO
4
và dần dần ra ngoài. Vi khuẩn cũng có thể dùng đồng
thời H
2
S như chất cho H trong cả quá trình quang hợp.
- Tất cả các vi khuẩn quang hợp đều chứa sắc tố quang hợp. Sắc tố quang hợp
ở vi khuẩn được gọi là bacteriochlorophyll. Chlorophyll vàbacteriochlorophyll
còn được gọi là chất diệp lục và chất khuẩn lục.
+ Chất diệp lục, chất khuẩn lục và huyết sắc tố có cấu trúc tương tự như nhau.
Đó là một vòng pocphiril do 4 nhân pirol liên kết với nhau. Lơi của chất diệp
lục và chất khuẩn lục là Mg, còn lơi của huyết sắc tố là Fe, chất diệp lục a
khác với chất khuẩn lục a,b,c,d,e ở 7 gốc R (từ R1 đến R7)
+ Ngoài các loại chlorophyll vi khuẩn tự dưỡng quang nãng còn có chứa một
số các sắc tố thuộc loại carotenoit. Carotenoit ở vi khuẩn không giống với
carotenoit ở tảo hoặc thực vật.

- Ở vi khuẩn tự dưỡng quang nãng có hai loại phosphoryl hóa quang hợp:
+ Phosphoryl hóa quang hợp tuần hoàn
+ Phosphoryl hóa quang hợp không tuần hoàn.
- Quá trình quang hợp ở vi khuẩn lưu huỳnh màu lục có những nét khác biệt
so với thực vật bậc cao:
+ Chất cho điện tử là H hay các hợp chất S ở dạng khử đều là những chất
khử mạnh hơn H
2
O và các hợp chất hữu cơ.
CO
2
+ 2H
2
S (ánh sáng) CH
2
O + 2S + H
2
O
+ Trung tâm phản ứng là P840
+ Quá trình phosphoryl hóa quang hợp liên quan tới NAD chứ không phải
NADP như ở thực vật bậc cao.
SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh – KTNN K09
4
Sinh Lý Học Thực Vật
+ Được tiến hành trong điều kiện yếm khí, quá trình khử CO
2
được gắn liền
với quá trình oxy hóa của thực thể vô cơ hoặc hữu cơ. Quá trình này không
thải khí O
2

mà cũng không hút CO
2
. Vai trò của ánh sáng chỉ là để tạo ATP
II.Quá trình quang hợp ở Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfure
bacteria) :
- Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục(Green sulfure bacteria) kỵ khí bắt buộc, có khả
năng quang tự dưỡng vô cơ
(photolithoautotroph), tế bào có
chứa chlorophyll a cùng với b , c
hoặc e, chứa caroten nhóm 5
- Hệ thống quang hợp liên quan
đến các lục thể (chlorosom) và
độc lập đối với màng sinh chất.
Để dùng làm nguồn cho điện tử
(electron donors) trong quang
hợp thường sử dụng H2, H2S
hay S . Hạt lưu huỳnh tích luỹ
bên ngoài tế bào không có khả
năng di động , một số loài có túi
khí; tỷ lệ G+C là 48-58%.
- Đặc trưng của quang hợp ở vi
khuẩn lưu huỳnh màu lục(Green
sulfure bacteria) là quá trình
quang hợp bắt đầu từ trung tâm phản ứng P840 dưới tác động của ánh sáng
SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh – KTNN K09
5
Hình 2. Sơ đồ quang hợp vi khuẩn lưu
huỳnh màu lục(Green sulfure bacteria)
Sinh Lý Học Thực Vật
electron được vận chuyển ngược chiều điện trường (từ +0,25V đến >-1V ),

electron được chuyển đi theo chuỗi chuyển vận electron bắt đầu từ P840(Eo=
-1.5V) → Chla(Eo= -1V) → Fes(Eo= -0,75V) → Fd (Eo= -O,4V) → Q(Eo=
0V) → Cytbc
1
(Eo= 0.10V) → Cytc
553
(Eo= 0.20V) → P840(Eo= 0.25V) →
P840(Eo= -1.5V).
- Trong điều kiện kỵ khí vi khuẩn lưu huỳnh màu lục(Green sulfure bacteria)
quang hợp có thể sử dụng năng lượng của ánh sáng để thực hiện phản ứng
phosphoryl hóa sản sinh ra ATP. Electron từ bacteriochlorophyll được tách ra
dưới tác dộng của ánh sáng, sau đó tham gia vào chuỗi hô hấp tuần hoàn và
quay trở lại Bchl. Trên đường đi đã sản sinh ra ATP. Việc sinh ra ATP được
thực hiện riêng rẽ với việc sinh ra [H] có năng lực khử. [H] có năng lực khử
được sinh ra từ các chất vô cơ cho hydrogen (như H2S ).Quá trình quang hợp
này không sản sinh ra oxi.

- Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục(Green sulfure bacteria) có thể sử dụng các hợp
chất lưu huỳnh như là nhà tài trợ điện tử cũng như các nhà tài trợ hydro hữu
cơ.Trung tâm phản ứng của vi khuẩn lưu huỳnh màu xanh lá cây tương tự như
các quang tôi phản ứng trung tâm của các sinh vật oxy. Các trung tâm FeS ở
trung tâm phản ứng có thể làm giảm NAD + (hoặc NADP +) bởi ferredoxin và
ferredoxin-NAD (P) + oxidoreductase enzyme, do đó vi khuẩn lưu huỳnh màu
xanh không nhất thiết phải phụ thuộc vào dòng điện tử ngược lại để giảm
carbon. Hệ thống ăng ten của vi khuẩn lưu huỳnh màu xanh lá cây là bao gồm
các bacteriochlorophyll và carotenoids và được chứa trong khu phức hợp được
biết đến như một chlorosomes được gắn vào bề mặt của màng tế bào quang
hợp. Sự sắp xếp này ăng-ten tương tự như các phycobilisomes của vi khuẩn.
Green vi khuẩn lưu huỳnh có thể sửa chữa CO2 mà không RuBisCO. Nó đã
SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh – KTNN K09

6
Sinh Lý Học Thực Vật
được đề xuất rằng họ thực hiện điều này bằng cách sử dụng các chuỗi hô hấp
thường bị ôxi hóa carbon (gọi là chu kỳ Krebs), dẫn đến việc phát hành CO2.
Với năng lượng đầu vào của quá trình này có thể được chạy theo hướng ngược
lại, dẫn đến sự hấp thu, giảm khí CO2.
Hình 3. Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfure bacteria)
III. Quá trình quang hợp ở
Vi khuẩn lưu huỳnh màu
tía (Purple bacteria)
SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh – KTNN K09
7
Hình 4. Sơ đồ quang hợp ở vi khuẩn lưu
huỳnh màu tía (Purple bacteria)
Sinh Lý Học Thực Vật
- Thuộc nhóm này là các vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, có khả nãng quang tự
dưỡng vô cơ
(photolithoautotroph), tế
bào có chứa chlorophyll a
hoặc b , hệ thống quang
hợp chứa các màng hình
cầu hay hình phiến
(lamellar) gắn với màng
sinh chất.
- Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors) trong quang hợp thường
sử dụng H2, H
2
S hay S . Có
khả nãng di động với tiên
mao mọc ở cực, có loài chu mao, tỷ lệ G+C là 45-70%.

- Đặc trưng của quang hợp ở vi khuần lưu huỳnh màu tía (Purple bacteria) là
quá trình quang hợp bắt đầu từ trung tâm phản ứng P870 dưới tác động của
ánh sáng electron được vận chuyển ngược chiều điện trường từ +0.5V đến
-0.9V .
- Chuỗi vận chuyển điện tử bắt đầu từ trung tâm phản ứng P870 ở điện thế Eo
= +0.5V dưới tác động của ánh sáng electron được chuyển đến P870 ở điện
thế Eo = - 0.9V → BChlBPh (Eo= -0.75V) → QCytbc
1
+ NADH (Eo= 0.10V)
→ Cytc
2
(Eo= 0.40V)→ trung tâm phản ứng P870 (Eo= 0.5V).
- Điện tử đang vận chuyển từ quinone thông qua một loạt các protein sắt-lưu
huỳnh (FeS) và cytochromes (Cyt) trở lại trung tâm phản ứng (P870). Đây là
bC1 cytochrome phức tạp tương tác với các hồ bơi quinone trong dòng điện tử
quang như là một động lực proton (PMF) được sử dụng để lấy được tổng hợp
SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh – KTNN K09
8
Sinh Lý Học Thực Vật
ATP. Bên cạnh ATP, NADP hoặc NADPH cũng được sản xuất bởi vi khuẩn
màu tím sử dụng H
2
S (cũng S
2
0
32
-, S0 và thậm chí Fe
2
+) như các nhà tài trợ
điện tử bên ngoài. Khi H

2
S là nhà tài trợ điện tử, các giọt lưu huỳnh được lưu
trữ bên trong các tế bào của vi khuẩn tím.
- Một dòng điện tử đảo ngược hoạt động trong vi khuẩn tím để giảm NAD +
để NADH. Các H
2
S giảm hoặc H
2
SO
32
-(thiosulphate) được oxy hóa bởi
cytochromes và electron từ họ cuối cùng đã kết thúc trong hồ bơi quinone.
Tuy nhiên, tiềm năng năng lượng của quinone là không đủ tiêu cực để giảm
NAD + trực tiếp. Do đó, các điện tử từ các hồ bơi quinone buộc lạc hậu để
giảm NAD + để NADH. Quá trình này đòi hỏi năng lượng điện tử được gọi là
đảo ngược dòng chảy.
IV.Quá trình quang hợp ở Vi khuẩn Heliobacteria :
- Các heliobacteria
SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh – KTNN K09
9
Hình 5. Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Purple bacteria)
Sinh Lý Học Thực Vật
được phototrophic , đó là
họ chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học bằng quang ,sử
dụng một loại hình trung
tâm phản ứng PSI. Các sắc tố chính tham gia là
bacteriochlorophyll g, mà là duy nhất cho nhóm và có phổ hấp thụ đặc biệt,
điều này cho phép các
heliobacteria thích hợp của môi trường.
- Đặc trưng của quang hợp ở vi khuần heliobacteria là quá trình quang hợp bắt

đầu từ trung tâm phản ứng P798 dưới tác động của ánh sáng electron được vận
chuyển ngược chiều điện trường từ +0.25V đến -1.3V.
- Chuỗi vận chuyển điện tử bắt đầu từ trung tâm phản ứng P798 ở điện thế Eo
= +0.25V dưới tác động của ánh sáng electron được chuyển đến P870 ở điện
thế Eo = - 1.3V → Chla-OH (Eo= -1.06V) → FeS(Eo= -0.75V) + Fd(Eo=-
0.15V) → Q(Eo= -0.06V)→ Cytbc
1
(Eo=-0.04V) → Cytc
553
(Eo=0.20V) →
trung tâm phản ứng P789 (Eo= 0.25V).
Phototrophy diễn ra tại màng tế bào, mà không hình thành nếp gấp hoặc ngăn
giống như trong vi khuẩn tím phototrophic. Mặc dù heliobacteria được
phototrophic, có thể phát triển mà không có ánh sáng bằng cách lên men của
pyruvate.
Heliobacteria được photoheterotrophic , đòi hỏi nguồn carbon hữu cơ, và
được độc quyền kỵ khí . Cho đến nay heliobacte ria chỉ được tìm thấy trong
đất, và có vẻ phổ biến ở các vùng đất ngập nước của ruộng lúa. Họ là avid
fixers nitơ và do đó có lẽ quan trọng trong khả năng sinh sản của cánh đồng
lúa.
SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh – KTNN K09
10
Sinh Lý Học Thực Vật
V. Quá trình quang hợp ở Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía
(Nonsulfure purple bacteria) :
- Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía là nhóm vi khuẩn quang dị dưỡng hữu cơ
(photoorganoheterotrophs) thường kỵ khí bắt buộc, một số loài là quang tự
dưỡng vô cơ không bắt buộc (trong tối là hoá dị dưỡng hữu cơ
(chemoorganoheterotrophs).
- Không vi khuẩn lưu huỳnh màu tía thường sử dụng một nhà tài trợ điện tử

hữu cơ, chẳng hạn như succinat hoặc malat, nhưng cũng có thể sử dụng khí
hydro. Vi khuẩn lưu huỳnh sử dụng một hợp chất lưu huỳnh vô cơ, như là
hydrogen sulfide là nhà tài trợ điện tử. Con đường duy nhất để định hình
carbon của vi khuẩn màu tím là chu trình Calvin. Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía
phải sửa chữa CO2 để sinh sống, trong khi vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía
có thể phát triển aerobically trong bóng tối bằng cách hô hấp trên một nguồn
carbon hữu cơ.
- Tế bào chứa chlorophyl
a hoặc b, hệ thống quang
hợp chứa các màng hình
cầu hay hình phiến
(lamellar) gắn với màng
sinh chất. Để dùng làm
nguồn cho điện tử
(electron donors) trong
quang hợp thường sử
dụng chất hữu cơ, đôi khi
SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh – KTNN K09
11
Hình 7. Sơ đồ quang hợp ở vi khuẩn lưu
huỳnh màu tía (Purple bacteria)
Sinh Lý Học Thực Vật
sử dụng hợp chất lưu huỳnh dạng khử hoặc H2. Có khả nãng di động với tiên
mao mọc ở cực, hoặc không di động, một số loài có túi khí (gas vesicles), tỷ lệ
G+C là 61-72%.
- Đặc trưng của quang hợp ở vi khuần không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfure
purple bacteria) là quá trình quang hợp bắt đầu từ trung tâm phản ứng P870
dưới tác động của ánh sáng electron được vận chuyển ngược chiều điện
trường từ +0.65V đến -0.90V.
- Chuỗi vận chuyển điện tử bắt đầu từ trung tâm phản ứng P870 ở điện thế Eo

= +0.65V dưới tác động của ánh sáng electron được chuyển đến P870* ở điện
thế Eo = - 0.90V → BPheo (-e) (Eo= -0.5V) → Q
A
(Eo= 0V) → Q-
pool(NADP
+
)(Eo= 0V)→ Cytbc
1
(Eo= -0.04V) → Cytc
2
(Eo= 0.25V) → P870
+
(Eo= 0.65) → trung tâm phản ứng P870 (Eo= 0.65V).
- Việc xác định cấu trúc ba chiều của Trung tâm phản ứng của vi khuẩn không
lưu huỳnh màu tía, Rhodopseudomonas viridis và Rhodobacter sphaeroides,
đã cung cấp một cơ hội chưa từng có để hiểu được cấu trúc và chức năng của
trung tâm phản ứng quang hợp. Trung tâm phản ứng có bốn
bacteriochlorophyll và hai phân tử bacteriopheophytin. Hai trong số các mẫu
phân tử bacteriochlorophyll nhà tài trợ chính (P870). Hiện nay, có tranh cãi về
việc liệu một phân tử bacteriochlorophyll là một trung gian trong chuyển
electron từ P870 để bacteriopheophytin. Tuy nhiên, có thỏa thuận rằng các
bước còn lại bao gồm hai phân tử quinone (QA và QB) và hai doanh thu của
các kết quả trung tâm phản ứng trong bản phát hành của quinone giảm (QH2)
vào trong màng tế bào quang hợp. Mặc dù có một Fe không phải heme giữa
hai phân tử quinone, có bằng chứng thuyết phục rằng Fe này không tham gia
SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh – KTNN K09
12
Sinh Lý Học Thực Vật
trực tiếp trong việc chuyển một electron từ QA để QB. Bởi vì các nhà tài trợ
chính (P870), bacteriopheophytin và chất nhận quinone của Trung tâm phản

ứng màu tím vi khuẩn tương tự như trung tâm phản ứng quang II, trung tâm
phản ứng vi khuẩn được sử dụng như hướng dẫn để hiểu được cấu trúc và
chức năng của quang II.
- Chuyển hướng ánh sáng điện tử hiện tuần hoàn trong Rhodobacter
sphaeroides và vi khuẩn tím khác (hình trên). Trung tâm phản ứng sản xuất
giảm quinone, được oxy hóa bởi các phức tạp bc cytochrome. Điện tử từ phức
tạp bc cytochrome được chuyển giao cho hãng điện tử hòa tan, cytochrome c2,
làm giảm oxy hóa P870 nhà tài trợ chính. Các sản phẩm của các phản ứng
chuyển hướng ánh sáng điện tử là ATP. Các điện tử cho việc giảm carbon
được chiết xuất từ một nhà tài trợ hữu cơ, chẳng hạn như succinat hoặc malat
hoặc từ khí hydro, nhưng không phải bởi trung tâm phản ứng. Năng lượng cần
thiết để giảm NAD + được cung cấp bởi ánh sáng giao thông dùng điện tử
theo chu kỳ trong các hình thức của ATP. Con đường năng lượng chuyển đổi
rất phức tạp. Succinat bị oxy hóa bởi một enzyme giới hạn màng (succinate
dehydrogenase) để chuyển các electron để quinone, đó là nguồn gốc của các
điện tử cho việc giảm NAD +. Tuy nhiên, electron chuyển từ quinone giảm
NAD + là hăng hái lên trên. Bằng một cơ chế mà chưa được hiểu rõ, một
enzyme màng ràng buộc có thể sử dụng năng lượng được lưu trữ trong điện
proton tiềm năng để lái xe điện tử từ quinone giảm NAD +.
SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh – KTNN K09
13
Sinh Lý Học Thực Vật
C.KẾT LUẬN :
Vậy quá trình quang hợp ở vi khuẩn khác biệt với quá trình quang hợp ở thực
vật chủ yếu ở trung tâm phản ứng, chất tham gia và chất tạo thành trong điều
kiện khác nhau nhưng đều đáp ứng được nhu cầu cần thiết cho mỗi loài.
SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh – KTNN K09
14
Sinh Lý Học Thực Vật
TÀI LIỆU THAM KHẢO.

- Hoàng Minh Tấn. Sinh lí học thực vật . Nhà xuất bản Đại Học Sư
Phạm, năm 2006,trang 113,114.
-
-
-
-
SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh – KTNN K09
15