Sinh lý thực vật Quang hợp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

BÀI BÁO CÁO SINH LÝ THỰC VẬT

CHƯƠNG 3: QUANG HỢP  


I. ĐẠI CƯƠNG VỀ QUANG HỢP
1. Định nghĩa về quang hợp
- Năm 1772, lần đầu tiên, ông J. Priestley (người Anh) chứng minh rằng cây xanh tạo O2 làm tinh khiết các khí do động vật thải ra.
- Năm 1777, thí nghiệm được lặp lại chứng minh rằng, chỉ có phần xanh dưới ánh sáng mặt trời mới tạo ra O2.
- Năm 1782, J. Senerbier chứng minh phải có CO2 và 1804 de Suasure cho thấy phải có Nước
Như vậy, đến đầu thế kỉ thứ 19, đã có phương trình tổng quát:
thực vật xanh
CO2 + H2O + ánh sáng

Chất hữu cơ + O2

- Năm 1930, van Neil cho thấy một số vi khuẩn quang hợp sử dụng H2S thay cho H2O và tạo ra S thay cho O2. Chứng tỏ rằng O2 thoát ra có nguồn gốc từ H2O.
- Tiếp theo, biết rằng sắc tố lục của cây xanh là cholorophyll cần cho sự phân huỷ nước, và phương trình tổng quát như sau:

Cholorophyll
6CO2 + 12H2O + ánh sáng

6O2 + C6H12O6 + 6H2O

6/17/17

1

- Quang hợp có thể được định nghĩa là sự đồng hóa các vật chất vô cơ thành các chất hữu cơ
như CO2 và H2O thành các chất hữu cơ cho cây sử dụng dưới tác dụng của ánh sáng mặt
trời và sự tham gia của các phân tử diệp lục


2. Chu trình cacbon và oxy trong tự nhiên
- Trạng thái cân bằng của CO2 và O2 trong khí quyển là do cây xanh quyết định. Nguồn CO 2 cho cây xanh
được thải ra trong quá trình hô hấp của thực vật, động vật, vi sinh vật, quá trình phân giải các chất hữu cơ
cũng như sự đốt cháy trong công nghiệp. Quang hợp đã làm giảm nguồn CO2 này trong khí quyển và làm
tăng nguồn O2 để làm sach bầu không khí của chúng ta
- Quang hợp và hô hấp là hai quá trình diễn ra song song, đối lập, nhưng là hai nhân tố quan trọng để duy trì
sự sống ổn định trên trái đất.



3. Sự hấp thu năng lượng ở lá cây

 Chlorophyll là chất hấp thụ ánh sáng, nếu ta nhìn thấy màu lục thì có thể rút ra một số
điểm như sau:

 Thứ nhất, chlorophyll không hấp thụ tất cả các bước sóng, trong đó có bước sóng xanh lục
nên phản chiếu làm mắt nhìn thấy màu xanh lục.

 Thứ hai,chrolophyll hấp thụ các bước sóng khác để thu năng lượng.
- Lục lạp có nhiều thylakoid màu lục vì màng của nó chứa Chlorophyll là chất không hấp thu
màu lục, phản chiếu lên mắt nên ta thấy lá cây có màu xanh.

Việc hấp thu năng lượng cho việc quang hợp được thực hiện nhờ vào cấu trúc phức tạp của
màng thylakoid với chlorophyll-chất lõi trung tâm của quang hợp.

Phân tử chlorophyll có cấu trúc vòng, nơi photon ánh sáng kích thích điện tử lên mức năng
lượng cao hơn và truyền đi.

6/17/17

1



II. Cơ quan quang hợp
1. La
- Đến nay, chúng ta đã biết rằng: cơ quan làm nhiệm vụ quang hợp ở thực vật chủ yếu là lá, sau đó đến các phần xanh khác như bông lúc
còn xanh, bẹ lá…Chính vì vậy lá có những đặc điểm đặc biệt về  hình thái, cũng như cấu tạo giải phẫu thích hợp với chức năng quang
hợp.
- Hình thái lá: Là thường dạng bản và mang đặc tính hướng sang ngang, nên luôn luôn vận động sao cho mặt phẳng của lá vuông góc với
tia sáng Mặt Trời để nhận được nhiều nhất năng lượng ánh sáng.
  - Về giải phẫu : Trước hết phải kể đến lớp mô giậu dày chứa nhiều lục lạp nằm sát ngay mặt trên lá dưới lớp biểu bì trên. Các tế bào mô
giậu được xếp xít nhau theo từng lớp nhằm hấp thụ được nhiều năng lượng ánh sáng. Đây gọi là lớp mô đồng hóa của lá. Sát với lớp mô
đồng hóa của lá là lớp mô xốp có các khoảng trống gian bào lớn (nơi chứa CO2 cung cấp cho quá trình quang hợp). Ngoài ra lá còn có
mạng lưới mạch dẫn dày đặc làm nhiệm vụ dẫn nước và muối khoáng cho quá trình quang hợp và dẫn các sản phẩm quang hợp đến các
cơ quan khác. Cuối cùng là hệ thống dày đặc các khí khổng ở mặt trên và mặt dưới lá giúp cho CO 2, O2, H2O đi vào và đi ra khỏi lá
một cách dễ dàng.


2. Lục lạp (chloroplast) - bào quan thực hiện chức năng quang hợp.
 
- Thành phần hóa học của lục lạp : Thành phần hóa học của lục lạp rất phức tạp: nước chiếm 75%, còn lại là chất khô (chủ yếu là
chất hữu cơ chiếm 70 - 72% chất khô), và chất khoáng. Protein là thành phần cơ bản trong chất hữu cơ (30 - 45%), lipit (20 40o/o). Các nguyên tố khoáng thường gặp trong lục lạp là Fe (80% Fe trong mô lá nằm ở lục lạp), Zn (65 - 70%), Cu (50%), K,
Mg, Mn... Trong lục lạp có chứa nhiều loại vitamin như : A, D, K, E. Lục lạp chứa trên 30 loại enzim khác nhau. Những enzim

này thuộc các nhóm enzim thủy phân, enzim của hệ thống oxi hóa khử
     Như vậy qua thành phần hóa học trên, thấy rằng ngoài quá trình quang hợp, lục lạp còn là nơi thực hiện quá trình tổng
hợp lipit, photpholipit, các axit béo và protein. Do đó có thể khẳng định rằng: lục lạp là trung tâm hoạt động sinh học và
hóa học mà quá trình quang hợp là một trong những quá trình trao đổi chất quan trọng nhất.


3. Cac sắc tố quang hợp và tính chất của chúng.
a) Nhóm sắc tố lục clorophin (diệp lục)
- Đây là nhóm sắc tố chiếm vai trò quan trọng nhất dối với quang hợp, vì nó có khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng Mặt Trời và
biến năng lượng hấp thụ ấy thành dạng năng lượng hóa học, trong khi đó các nhóm sắc tố khác không làm được chức năng này
đầy đủ và trực tiếp như vậy.
- Phân loại các nhóm clorophin
clorophin a :là sắc tố đầu tiên được tổng hợp ở thực vật bậc cao có mài xanh lục.
C55H72O5N4Mg
clorophin b : Khác với clorophin a ở nhóm CHO ở vòng phyroll thứ 2, màu xanh vàng, được tìm thấy ở thực vật bậc cao rong
xanh C55H70O6N4Mg



b) Nhóm carotenoit
- Caroten ( C40H56 ) là một loại cacbuahiđro chưa bão hoà, không tan đựơc trong nước mà chỉ tan trong dung môi hữu cơ. Công
thức cấu tạo gồm một mạch cacbon dài gồm 8 gốc izopren và hai đầu là một hoặc hai vòng ionon.
Trong  thực vật thường có ba loại: a, b, y caroten. Cắt đôi b caroten ta đựơc hai phân tử vitamin A. Bước sóng hấp thụ của caroten
ở 446- 476 nm.
- Xantophin: C40H56On ( n= 1-6) là dẫn xuất của caroten. Các nguyên tử oxi liên kết trong các nhóm: hiđroxi, keto, epoxi,
cacbonxi, axetoxi, hoặc metoxi,…


Vai trò của nhóm carotenoit, cho đến nay người ta mới chỉ biết như sau
+ Lọc ánh sáng, bảo vệ clorophin

+ Xantophin tham gia vào quá trình phân li H 2O và thải O2 thông qua sự biến đổi từ violaxanthin
(C40H56O4) thành lutein (C40H56O2).
+ Nhóm carotenoit tham gia vào quá trình quang hợp bằng cách tiếp nhận năng lượng ánh sáng Mặt Trời và
truyền năng lượng ánh sáng này cho clorophin và nó có mặt trong hệ thống quang hóa II.


c) Nhóm sắc tố xanh ở Tảo: phycobilin
- Nhóm sắc tố này rất quan trọng đối với tảo và các nhóm thực vật sống ở nước. Nhóm sắc tố này thích
nước, trong tế bào chúng liên kết với protein, nên có tên gọi là biliprotein hay phycobihprotein, gồm
phycoerythrin (C34H47N4O8) và phycoxyanin (C34H42N4O9).
- Công thức cấu tạo của nhóm sắc tố này gốm 4 vòng pyron xếp thẳng  (không khép kín), nối với nhau bằng
các cầu nối metyl (= CH-)


III- Cơ chế quang hợp

- Quang hợp được thực hiện chủ yếu
ở bào quan lục lạp của tế bào, gồm
hai pha:
- Pha sáng: thu nhận và tích trữ năng
lượng ở dạng ATP và NADPH.
- Pha tối: sử dụng năng lượng để
tổng hợp nên các chất hữu cơ.


* Pha sáng
1.Sự quang phosphoryl hoá vòng

Có hai quá trình thu giữ năng lượng từ các điện tử được kích thích:

Con đường vòng tròn (cyclic photo- phosphorylation ): xảy ra chỉ một trong hai kiểu đơn vị
quang hợp có ở phần lớn thực vật.

Con đường không vòng tròn( noncyclic): xảy ra ở cả hai.

6/17/17

1


Click to edit Master subtitle style

Quang Phosphoryl hóa vòng

2
Freedoxin

Cytochrome

2

2

2

Plastocyanin

H

(ADP + Pi

+
ATP)


2. Hệ thống quang hợp I(QH I) QH II
a) Hệ thống quang hợp I
- Ánh sáng kích thích chlorophyll a làm mất 2 điện tử. Chúng được chuyển đến NADP qua Ferredoxine(Fd) để
khử thành NADPH nhờ NADP reductase. Một phần điện tử qua Fd đến cytochrome về P700 vào quang
phosphoryl hóa vòng.
- NADPH không chuyền mà lập tức làm chất cho (donor) điện tử để khử CO 2 tạo carbohydrate, đó là sự cố định
carbone. Điện tử từ chlorophyll qua chuỗi chuyền điện tử đến NADP+ rồi carbohydrate. Một phần năng
lượng tạo ATP trước khi điện tử đến NADP+

6/17/17

1


b) Hệ thống quang hợp II

QH II(photosystem II) gồm chlorophyll chuyên hóa P680 làm trung tâm phản ứng của đơn vị quang hợp, các phân
tử antenne và một chuỗi chuyền điện tử đặc biệt có plastoquinone(Q), cytochrome và plastocyanine(PC).

 Khi nồng độ NADP đã tích luỹ đủ nhưng thực vật vẫn cần năng lượng(ATP), thì con đường không vòng tròn sẽ
chuyển hoá thành dạng vòng tròn.
- Phản ứng quang phân nước (photolyse) được thực hiện ở lục lạp do ánh sáng theo phương trình tổng quát sau:
4e- + 4H+ +O2

2H2O

ánh sáng
P680

Enzyme phân hủy nước

6/17/17

1


Con đường e không vòng


Bảng so sánh con đường electron vòng và electron không vòng

Photphorin hóa vòng

Con đường đi của điện tử

Photphorin hóa không vòng

Vòng

Không vòng

(e qua dãy truyền điện tử rồi trở về chl)

(e từ chl chuyển đến khử NADP, e bù lại
cho chl là e của H2O)

Chỉ tạo ATP

ATP,NADH2 và O2

ferredoxin, xitocrom b6, xitocrom f

-plastoquinon, plastoxyanin và xitocrom

Sản phẩm

7
Chuỗi truyền điện tử

Hệ sắc tố

PSI

PSI và PSII


3. Sự hoạt động của 2 hệ thống quang hợp
a) Quang phân nước: trong thylakoid, phân tử nước nhờ ánh sáng bị phân hủy thành O 2, các ion hydro và các điện
tử. Chúng thay thế các điện tử bị mất của P680.
b) Hệ thống quang II: sắc tố antenna hấp thụ năng lượng ánh sáng chuyển đến chlorophyll P680 đưa điện tử vào hệ
chuyền điện tử vào hệ chuyền điện tử tới P700 thay thế các điện tử bị mất từ QH1.
c) Hệ thống quang I: ánh sáng đập vào sắc tố antenna. Sự rung động nhanh truyền từ phân tử qua phân tử tới P700.
điện tử được kích thích và đi dọc chuỗi chuyền điện tử xuyên màng thylakoid vào stroma, nơi xảy ra phản ứng
tạo NADPH.

TỔNG QUAN VỀ QUANG HỢ
P

6/17/17

1


*

PHA TỐI: SỰ CỐ ĐỊNH CARBON

1.

Pha tối không cần ánh sáng, không tạo năng lượng. ATP và NADPH từ pha sáng được dùng cố
định carbon tổng hợp chất hữu cơ như carbohydrate.

Mối quan hệ giữa pha sáng và pha tối về năng lượng.

48 photon

6 CO2
6 ATP cho tế bào

H2O

18 ATP

điện tử.

(ở màng

Các phản ứng tối của

12 NADPH

Các phản ứng sáng chuyền

chu trình calvin

12 NADP

thilakoid)

( ở stroma)

18 ADP
18 Pi

O2

6 H2O
6/17/17

C6H12O6 (glucose)
1


2. Chu trình Calvin (Chu trình C3)

Melvin Calvin
(8/4/1911-8/1/1997)

Là nhà hoá học người Mỹ
M. Calvin đã sử dụng carbon C14 để theo dõi các sản phẩm
của quang hợp.

 Phát hiện ra chuỗi phản ứng vòng
chu trình Calvin.

Ông đạt giải Nobel vào năm 1961.

của pha tối nên được gọi là