Ôn thi TN - Chuyên đề Quang hợp

ÔN THI TỐT NGHIỆP THPT 2009
Chuyên đề: Quang hợp
A. Tổng quan chung về quang hợp
I. Định nghĩa.
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 và vi khuẩn lam.
Tuy nhiên trong chương trình ta chỉ học quá trình quang hợp ở thực vật.
Có thể định nghĩa quang hợp theo bản chất, phương trình phản ứng, tác dụng...
Phương trình chung của quang hợp có nhiều cách viết, dưới đây là 1 cách viết:
II. Hệ sắc tố quang hợp:
Đối với tảo và thực vật, sắc tố quang hợp chủ yếu là clorophyl, carotenoit và xantophyl ở tảo và tv bậc
thấp.
(Quang phổ hấp thụ của clorophyl)
Ở vi khuẩn quang hợp thì sắc tố là bacteriorodopxin, bacterioclorophyl và bacteriopheophitin
III. Bào quan thực hiện quang hợp ở thực vật: lục lạp
B: Hai pha của quang hợp.
Bằng nhiều thí nghiệm, người ta đã chứng minh được rằng Quang hợp gồm có 2 pha: pha sáng và pha tối.

I. Pha sáng trong quang hợp:

Pha sáng quang hợp bao gồm các phản ứng đầu tiên kể từ lúc sắc tố hấp thụ năng lượng ánh sáng,
sau đó dự trữ nó trong cấu trúc phân tử sắc tố dưới dạng năng lượng điện tử kích thích, đến các quá trình
di trú năng lượng vào trung tâm phản ứng và cuối cùng từ đây năng lượng được biến đổi thành thế năng
hóa học.
Pha sáng quang hợp gồm 2 giai đoạn:
- Quang vật lí
- Quang hóa học.
1. Giai đoạn quang lí:
Giai đoạn quang lí của quang hợp bao gồm quá trình hấp thụ năng lượng và sự di trú tạm thời năng
lượng trong cấu trúc của phân tử chlorophyl.

Để hiểu được giai đoạn này, ta cần hiểu sơ lược về cơ chế hấp thụ năng lượng ánh sáng của vật thể.
Ta biết rằng ánh sáng là một dạng vật chất vừa có tính chất hạt (những phần tử năng lượng nhỏ bé được
gọi là photon ánh sáng hay quang tử_là một dạng hạt cơ bản không mang điện tương tự như proton hay
electron) lại vừa có tính chất sóng (ánh sáng thuộc các miền quang phổ khác nhau thì có bước sóng dài
ngắn khác nhau). Khi ánh sáng chiếu vào vật thể, tức là các photon đập vào vật thể thì các photon phải
được vật thể hấp thụ và vật thể trở thành dạng kích động, lúc đó ánh sáng chiếu xuống mới có hiệu suất
quang tử. Theo lí thuyết thì tỉ lệ giữa số photon chiếu xuống vật thể và số phân tử vật thể bị kích động
bằng 1 nhưng trên thực tế tỉ lệ này lớn hơn rất nhiều.
Khi hấp thụ quang tử ánh sáng, điện tử của phân tử từ quỹ đạo cơ sở nhảy lên quỹ đạo xa hơn, ở đấy nó có
mức năng lượng lớn hơn và lúc đó phân tử ở trạng thái kích động. Mức năng lượng của điện tử lớn hay
nhỏ phụ thuộc vào năng lượng của quang tử mà nó hấp thụ. Năng lượng quang tử càng lớn thì e bị bắn ra
càng xa, tức là nằm ở mức năng lượng càng cao.


(Tác động của ánh sáng lên phân tử diệp lục ở trung tâm phản ứng)

Từ đó, ta có thể hiểu nôm na rằng: khi năng lượng ánh sáng (photon) đập vào phân tử diệp lục, các điện tử
của phân tử diệp lục sẽ hấp thụ năng lượng photon, nhảy ra các mức năng lượng cao hơn (càng xa hạt
nhân năng lượng của e càng cao_Hóa học 10). Thời gian tồn tại của e ở mức năng lượng cao phụ thuộc
vào năng lượng photon mà e nhận được, khi năng lượng photon e nhận được đủ lớn để kích thích e nhảy
ra bậc năng lượng cao, tồn tại khá lâu (ở trạng thái bền thứ cấp) thì phân tử diệp lục lúc này ở trạng thái
kích thích và có thể tham gia vào quá trình vận chuyển Hidro và điện tử (e) của hệ thống trung gian tới
CO2.
Qúa trình biến đổi trạng thái của sắc tố ở giai đoạn quang lí có thể tóm tắt như sau:
Chl + hγ < --> Chl* < --> Chl**
Trạng Trạng thái Bền thứ cấp
thái kích thích
bình thường

Các phân tử cholophyll trong các trung tâm phản ứng trên màng tilacoit


(Cấu trúc phân tử của các diệp lục)

Ngoài phân tử chlorophyll, trung tâm phản ứng sáng PSI và PSII còn chứa các sắc tố phụ carotenoit…
v..v… Các sắc tố khác nhau sẽ hấp thu tốt các bước sóng khác nhau của quang phổ, truyền điện tử và
hidro bị kích thích cho diệp lục a trực tiếp tham gia các phản ứng sáng.
2. Giai đoạn quang hóa:
Đây là giai đoạn chlorophyll sử dụng năng lượng photon hấp thụ được vào các phản ứng quang hóa để
hình thành nên các hợp chất dự trữ năng lượng và các hợp chất khử. Giai đoạn này gồm quá trình quang
hóa khởi nguyên, quang phân li nước và phosphorin hóa. Tuy nhiên, ta sẽ xét giai đoạn quang hóa một
cách tổng thể (không phân riêng thành từng giai đoạn nhỏ) để có thể hiểu dễ hơn.
Sự truyền e và hidro được tiến hành cùng với sự tham gia của một hệ thống các chất truyền e phức
tạp (chuỗi truyền e). Đó là những chất chứa Fe ở dạng hem như xitocrom f, xitocrom b6_b3… và dạng
không hem như ferredoxin, plastoxianin, plastoquinon… Chuỗi truyền e này nằm trong 2 hệ thống quang
hóa: hệ thống quang hóa I và quang hóa II và quá trình truyền e được thực hiện bởi 2 phản ứng sáng: phản
ứng sáng I và phản ứng sáng II.



Khi quang tử đập vào các trung tâm phản ứng, nó sẽ kích thích cả 2 trung tâm cùng hoạt động song
song (tuy nhiên trong trường hợp cây thiếu nước thì chỉ có hệ thống quang hóa I và trung tâm P700 hoạt
động). Ta sẽ xét sự vận chuyển điện tử trong từng trung tâm.
• Khi quang tử đập vào các phân tử diệp lục ở trung tâm phản ứng sáng I (P700), điện tử (e) bị kích
động sẽ được dẫn truyền theo con đường sau:
P700  [X] (hợp chất chưa xác định)  Fd  Xitb6  Xit7  Pc  
P700.
Điện tử sẽ lần lượt được truyền theo con đường như trên và tạo được từ 2 đến 3 ATP (tuy nhiên trên lí

thuyết, người ta thường tính 3 ATP) và không tạo ra sản phẩm khác. Con đường này được gọi là con
đường vận chuyển e vòng.