Quang Hợp - Tham Khảo - Sinh - Đỗ Minh Hưng - THƯ VIỆN SINH HỌC

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (514.59 KB, 36 trang )

SINH HỌC B

- <i><b><sub>Giảng viên: GVC. ThSĩ Nguyễn Thị Sáu</sub></b></i>

-<i><b><sub> Khoa : Công nghệ Thực phẩm</sub></b></i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<b>PHẦN A: SINH HỌC TẾ BÀO VÀ HÓA SINH</b>

<b>III. QUANG HỢP:</b>

<b>1. Những hiểu biết về sự quang hợp</b>

 Trước đây, các nhà khoa học cho rằng oxy được

tạo ra trong quá trình quang hợp là từ CO<sub>2</sub>, nhưng
ngày nay người ta biết rằng O2 là từ sự phân ly của

những phân tử nước.

 Tóm tắt phương trình phản ứng:

6CO2 + 12 H2O ánh sáng, diệp lục tố 6O2 + C6H12O6 + 6H2O

 Phản ứng trên phải trải qua rất nhiều phản ứng, có

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

 Trong quang hợp, các phản ứng oxy hóa khử dùng

năng lượng của ánh sáng mặt trời làm phân ly phân
tử nước và khử CO2 thành dạng đường giàu năng

lượng. Có nghĩa là, ion H+ và điện tử do sự phân ly

của những phân tử nước được cung cấp cho CO2 để

tạo ra hợp chất khử với đơn vị căn bản là CH2O,

đồng thời năng lượng từ ánh sáng mặt trời được dự
trữ trong quá trình này.

 Trong sự quang hợp, quan trọng nhất là cơ chế hấp

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

 <b>2. Các sắc tố quang hợp</b>

<b>Lạp thể (plastide)</b>

 Lạp thể là bào quan của tế bào thực vật chuyên trách việc tổng

hợp nên glucid từ các hợp chất vô cơ.

 Loại lạp thể có màu đỏ hoặc màu vàng gọi là sắc lạp. Loại

màu vàng chứa xantophyl, loại màu đỏ chức caroten. Các chất
màu này thu hút năng lượng ánh sáng mặt trời để chuyển
năng lượng ấy vào trong chất glucid mà sắc lạp tạo nên. Các
chất màu này có khả năng thu hút loại ánh sáng yếu, ánh sáng
ở tầng dưới cịn sót lại sau khi chất màu lục của diệp lục ở
tầng lá trên đa thu hút trước. Ánh sáng yếu cũng là ánh sáng
của mùa đông, mùa của cây khô lá vàng tức là mùa làm việc
của sắc lạp.

 Loại lạp thể quan trọng hơn là lục lạp tức là loại có màu lục,

màu của chlorophyl tức diệp lục, loại chất màu luôn thu hút
ánh sáng mạnh của mặt trời.

 Chú ý: Các loại lạp thể (bạch lạp: không màu như lạp bột. lạp

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

 Có hai màng bao bọc lục lạp, bên trong có chứa một

hệ thống màng làm thành các túi dẹp thông với nhau
được gọi là thylakoid. Một số thylakoid có hình đĩa
xếp chồng lên nhau như một chồng đồng xu gọi là

cột. Màng ngăn cách giữa những phần bên trong của
thylakoid và chất cơ bản của lục lạp.

 Những phản ứng trong pha sáng của sự quang hợp

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6></div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

<i><b>Chức năng của hệ thống quang hợp</b></i>



Lục lạp

là bào quan chuyên việc thu hút ánh

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

<b>- Phản ứng sáng:</b> Là một loạt các phản ứng hóa học và sự
nhận và chuyển điện tử nhằm mục đích phosphoryl hóa ADP
để tạo nên các ATP và khử các NADP+ (hoặc các phân tử
tương tự) để tạo nên các phân tử NADPH tiền đề cho các
phản ứng tổng hợp các cacbonhydrat.

 <b>- Phosphoryl hóa vịng: </b>vịng có ý nghĩa là điện tử (e-) bị
bật ra từ phân tử diệp lục sau khi hoàn thành công việc lại

quay về trả lại cho phân tử.

 <b>- Phosphoryl hóa khơng vịng: </b>khơng vịng có nghĩa là điện
tử (e-) bị bật ra khỏi phân tử diệp lục lúc ban đầu, sau đó

nhập vào một phân tử diệp lục khác, phân tử diệp lục cũ sẽ
được cân bằng bằng một điện tử lấy từ nước. Quá trình
phosphoryl hóa khơng vịng diễn ra liên tiếp qua hai hệ thống
quang hợp 2 và hệ thống quang hợp 1. Hệ thống 1 có diệp
lục a, hấp thu ánh áng bước sóng 700nm, hệ thống 2 có diệp
lục b hấp thu ánh sáng có bước sóng 680nm (diệp lục b khác
diệp lục a ở chỗ nó có nhóm CHO thay vào nhóm CH3 của

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

 Phản ứng tối là phản ứng quang hợp nhằm cố định CO<sub>2</sub> qua

một loạt các phản ứng có xúc tác enzyme gọi là chu trình
Calvin. Quá trình cần năng lượng từ ATP và NADPH (hoặc
NADPH2). Các phản ứng xảy ra trong lòng lục lạp: các nguyên

tử cacbon của CO2 nối với nhau và nối với H của NADPH

đồng thời gắn với một nhóm photphat.

 Sau đây là phản ứng tổng hợp:

5NADPH2 + 6CO2 + 2ATP  2C3H5O3-P + 5NADP + 2ADP + 3O2

C3H5O3-P là glyceraldehyt 3-photphat (P - GAL) = 3C

 Một số P-GAL sẽ được chuyển từ lục lạp ra bào tương, tại

đây chúng sẽ trải qua những phản ứng nữa để cho glucose
6C: 2C3H5O3-P + H2O  C6H12O6 + 2P + 1/2O2

<b> Glucose</b>

 Năng lượng tích lũy trong một phân tử glucose tương đương

với một nhiệt lượng 780 kcalo; thực vật dự trữ glucose dưới
dạng tinh bột :

n (C6H12O6)  (C6H10O5)n + nH2O

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

<b>3. Cấu tạo và chức năng quang hệ I, II:</b>

 Diệp lục tố và các sắc tố phụ cần thiết cho quá trình

quang hợp làm thành hai hệ thống quang I và II, cả hai
đều ở trên màng thylakoid. Mỗi hệ thống quang chứa
khoảng 300 phân tử sắc tố, có một trung tâm phản ứng
gồm có 4 phân tử sắc tố, 4 phân tử enzim tất cả được
gắn với nhau nhờ một phân tử protein.

 Những phân tử sắc tố khác hoạt động như những anten,

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

<b>II. Pha sáng của quá trình quang hợp</b>

 Pha sáng của quá trình quang hợp là gọi chung các

phản ứng trong đó có một số phản ứng cần sự hiện diện
của ánh sáng.

<b>1. Hệ thống quang I và II (photosystem)</b>

• Khi một quang tử được một phân tử sắc tố hấp thu,

năng lượng được chuyền vào một điện tử của một phân
tử sắc tố, hoạt hóa điện tử này lên một mức năng lượng
cao hơn. Trạng thái hoạt hóa này có thể đi từ phân tử
sắc tố này sang phân tử sắc tố khác đến trung tâm phản
ứng. Khi điện tử được thu nhận, phân tử ở trung tâm

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

<b>2. Chuỗi dẫn truyền điện tử</b>

 Trong hệ thống quang I, phân tử tiếp nhận điện tử

đầu tiên là một protein có chứa FeS. P700 bị oxy hóa
và chuyển điện tử cho protein - FeS nên protein này
bị khử. Sau đó điện tử từ FeS được một chất nhận
điện tử kế tiếp tiếp nhận. Trong mỗi chuỗi dẫn truyền
điện tử chất nhận điện tử trở thành chất khử và chất
cho điện tử thành chất oxy hóa. Chất nhận điện tử

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>



Mỗi phân tử NADP+ có thể nhận hai điện tử

từ FAD và một ion H+ từ cơ chất của lục lạp

và bị khử thành NADPH. NADPH ở trong cơ

chất sẽ là chất cho điện tử trong sự khử CO2

thành carbohydrat.



Trong hệ thống quang II, trung tâm phản ứng

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

Hệ thống quang I Phức hệ b Hệ thống quang II 6-f Khử NADP

<b>Hình 4.5 Sơ đồ AZ của hệ thống quang I và II</b>

1. Trung tâm phản ứng kích thích; 2. Enzym phân ly nước; 3. Trung tâm phản ứng; 4.
Năng lượng của điện tử; 5. Phức hệ b6-f; 6. Gradient proton tạo thành do sự tổng hợp

ATP; 7. Khử NADP
1

2
3

3
4

5
6

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

<b>Hình 4.7 Dẫn truyền điện tử của vi huẩn </b>
<b>lưu huỳnh tím</b>

Khi một điện tử có năng lượng ánh sáng

được đẩy ra từ trung tâm phản ứng của hệ
thống quang hợp (P870), nó đa chuyển
vào chu trình, cuối cùng trở lại hệ thống
quang hợp từ nơi mà nó được đẩy ra.

1. Năng lượng điện tử; 2. Trung tâm phản
ứng; 3. Trung tâm phản ứng kích thích; 4.
Điện tử chuyên biệt; 5. Ferredoxin; 6. Phức
hệ b6-f; 7. Plastocyanin

3 <sub>4</sub>

5
6

</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

 Hình 4.7 giải thích hệ thống vận chuyển điện tử

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

 Oxy là sản phẩm khí được giải phóng, khuếch tán ra

khỏi tế bào, đi ra ngồi khí quyển qua khí hẩu. Ion
H+ ở bên trong thylakoid và tạo ra gradient hóa điện
xuyên màng. Có thể tóm tắt đường đi của điện tử
như sau:

Nước  hệ thống quang II  chuỗi dẫn truyền điện
tử  hệ thống quang I  chuỗi dẫn truyền điện tử

thứ 2  NADP  carbohydrat

 Trình tự này cho thấy rằng điện tử cần thiết để khử

CO2 thành carbohydrat là từ nước, nhưng sự vận

chuyển điện tử từ nước đến carbohydrat là một quá
trình gián tiếp và phức tạp.

 Ðiện tử đi theo một con đường và không thành một

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

<b>3. ATP - nguồn năng lượng của tế bào</b>

 Phân tử ATP (adenosin triphosphat) gồm adenosin

nối với ba gốc phosphat là Adenosin_P ~ P ~ P. Các
nối giữa P thứ nhất và P thứ hai và nối giữa P thứ
hai và P thứ ba thường được gọi là nối phosphat
giàu năng lượng. Khi nối này bị thủy phân thành
ADP và P sẽ phóng thích năng lượng hữu dụng.
ATP được thành lập và thủy phân trong tế bào.

 Các phản ứng trong pha sáng của sự quang hợp

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>



<b>III. Pha tối - chu trình Calvin - Benson</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

Chu trình Calvin được tóm tắt theo 3 bước sau:

1). Chu trình bắt đầu khi nguyên tử carbon từ phân tử
CO2 được gắn vào phân tử 5 carbon (nguyên liệu

ban đầu). Kết quả tạo thành phân tử có 6 carbon
không bền và ngay lập tức phân ly thành 2 phân tử
có 3 carbon.

2). Sau đó trải qua một loạt phản ứng, năng lượng từ
ATP và hydro từ NADPH (sản phẩm của phản ứng
sáng = pha sáng) đưa đến cho phân tử có 3 carbon.
Tiếp theo là sự khử phân tử có 3 carbon thành
glucoz hoặc dùng để tạo thành các phân tử khác.

</div>
<span class='text_page_counter'>(21)</span><div class='page_container' data-page=21></div>
<span class='text_page_counter'>(22)</span><div class='page_container' data-page=22>



Các phản ứng để tổng hợp carbohydrat từ CO2

sử dụng ATP và NADPH được tạo ra trong pha

sáng thường được gọi là những phản ứng tối vì

nó có thể xảy ra trong tối, chỉ cần có đủ ATP và

NADPH.



Những phản ứng này đòi hỏi những sản phẩm

</div>
<span class='text_page_counter'>(23)</span><div class='page_container' data-page=23>



Sự khử CO

nghèo năng lượng để tạo ra đường

giàu năng lượng diễn ra qua nhiều bước, mỗi

bước được một enzim xúc tác.



Thật vậy, CO

được đưa lên một gradient năng

lượng cao hơn qua một chuỗi hợp chất trung

gian không bền cuối cùng tạo ra sản phẩm cuối

cùng giàu năng lượng là carbohydrat. ATP và

NADPH cần thiết cho các phản ứng này tạo ra

trong cơ chất và sự tổng hợp carbohydrat cũng

xảy ra trong cơ chất.



Có thể giải thích tóm tắt các bước cơ bản là cố

định CO

, chuyển hóa CO

và tái tạo chất nhận

</div>
<span class='text_page_counter'>(24)</span><div class='page_container' data-page=24>

<b>Cố định carbon</b>

<b>glucoz và các</b>
<b>loại khác</b>

<b>đảo ngược</b>
<b>glucosis</b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(25)</span><div class='page_container' data-page=25>

 Chu trình bắt đầu khi CO2 từ khơng khí kết hợp với

đường 5C được gọi là ribuloz bisphosphat (RuBP) tạo
ra một đường 6C khơng bền. Sau đó phân tử đường
6C này được cắt ra làm hai tạo ra hai phân tử acid
phosphoglyceric (viết tắt là PGA). Enzim xúc tác cho
phản ứng này là ribuloz bisphosphat carboxylaz hay
Rubisco, đây là chìa khố của phản ứng sinh tổng
hợp trong quang hợp.

 Kế đến, mỗi phân tử PGA được gắn thêm vào một

gốc phosphat từ phân tử ATP. Sau đó NADPH chuyển
điện tử và hydro cho chúng. Ở những phản ứng này
có sự tham gia của các sản phẩm từ pha sáng.

 Kết quả là một hợp chất 3C giàu năng lượng được tạo

</div>
<span class='text_page_counter'>(26)</span><div class='page_container' data-page=26>

<b>2. Chuyển hóa CO2</b>

 Một số PGAL được tổng hợp thành glucoz và sau đó

</div>
<span class='text_page_counter'>(27)</span><div class='page_container' data-page=27>

<b>3. Tái tạo chất nhận</b>



Phần lớn các phân tử PGAL được dùng để tạo

ra những RuBP mới, sự tái tạo chất nhận CO

</div>
<span class='text_page_counter'>(28)</span><div class='page_container' data-page=28>

<b>IV. Sự quang hợp ở các nhóm C3, C4 và CAM</b>

<b>1. Sự quang hợp ở thực vật C3</b>



Các cây quang hợp theo q trình mơ tả ở trên

</div>
<span class='text_page_counter'>(29)</span><div class='page_container' data-page=29>

<b>2. Sự quang hợp ở thực vật C4</b>

 Trong chu trình Calvin-Beson, enzim Rubisco xúc tác

phản ứng gắn CO2 vào RuBP để bắt đầu chu trình,

enzim này cũng gắn được với O2 và khi đó nó oxy hố

RuBP để giải phóng CO2 và khơng bắt đầu chu trình

được. Nói cách khác, CO2 và O2 đều là cơ chất cùng

tranh giành hoạt điểm của enzim Rubisco. Khi nồng
độ CO2 cao, O2 thấp thì CO2 có lợi thế hơn và sự tổng

</div>
<span class='text_page_counter'>(30)</span><div class='page_container' data-page=30>



Một số cây sống ở vùng nóng và khơ, để tránh

mất nước khí khẩu thường đóng lại nên nồng

độ CO

trong những khoảng trống giữa các tế

bào rất thấp, để tránh bớt sự quang hơ hấp xảy

ra, các cây này có một cơ cấu khác các cây C

</div>
<span class='text_page_counter'>(31)</span><div class='page_container' data-page=31>

</div>
<span class='text_page_counter'>(32)</span><div class='page_container' data-page=32>



M

<sub>. D. Hatch và C. R. Slack nghiên cứu sự quang hợp </sub>
ở những cây này nhận thấy rằng khi nhiệt độ cao và
cường độ ánh sáng mạnh, ở các cây này CO<sub>2</sub> kết hợp
với một hợp chất C3 (phosphoenolpyruvate = PEP)

trong tế bào thịt lá tạo ra một hợp chất C4 và đưa chất

này vào tế bào bao. Trong tế bào bao, hợp chất C4

được cắt ra thành CO2 và một hợp chất C3 khác. Do

vậy, CO2 vẫn ở trong tế bào bao và được đưa vào chu

trình Calvin-Beson để tổng hợp carbohydrat. Như vậy,
tế bào thịt lá hoạt động như một cái bơm CO2. Các

cây này được gọi là cây C4. Sự cố định CO2 của cây

</div>
<span class='text_page_counter'>(33)</span><div class='page_container' data-page=33>

<b> 3. Sự quang hợp ở CAM</b>

 Là một biến đổi của con đường quang hợp C<sub>4</sub> lần đầu

tiên được phát hiện ở thực vật có hoa Họ
Crassulaceae (Họ cây Thuốc bỏng) hay Họ
Bromeliaceae. Sự quang hợp của các cây CAM bao
gồm cả con đường Calvin-Beson, những phản ứng
này diễn ra trong cùng một tế bào, nhưng xảy ra ở
những thời điểm khác nhau. Thực vật CAM có khả
năng mở khí khẩu theo kiểu khác thường và cố định
CO2 thành hợp chất C4 vào ban đêm hơn là ban ngày

như những thực vật khác. Hợp chất C4 được tạo ra

trong tối được trữ lại trong không bào của tế bào thịt
lá và được đưa trở lại tế bào chất của cùng tế bào đó
để khử CO2 ngay sau khi ban ngày trở lại. CO2 giải

phóng từ hợp chất C4 sau đó được cố định trong lục

</div>
<span class='text_page_counter'>(34)</span><div class='page_container' data-page=34>

<b> </b>



Q trình sinh hố đặc biệt này giúp cho cây có

thể sống sót trong điều kiện thật nóng và khơ.

Lỗ khí đóng suốt ngày nhằm tránh mất nước,

chỉ mở ra vào ban đêm để lấy CO

khi mà sự

bốc hơi nước ở mức thấp nhất. Sự tập trung và

tích tụ của CO

suốt đêm đủ cho sự quang hợp

</div>
<span class='text_page_counter'>(35)</span><div class='page_container' data-page=35></div>
<span class='text_page_counter'>(36)</span><div class='page_container' data-page=36>