sinh ly thuc vatpha sang quang hop

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>Bình Dương, tháng 11 năm 2010</b>
<b>BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO </b>

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH </b>

- - -







<b>MÔN: SINH LÍ THỰC VẬT</b>

<b>LỚP: SINH K3-HỆ LIÊN THƠNG </b>
<b>KHĨA: 2010-2012</b>

<b>NHĨM 2: </b>

<i><b>Ngơ Thị Bình </b></i>
<i><b>Hồ Thị Dung</b></i>

<i><b>Nguyễn Thị Hồng Hà</b></i>
<i><b>Trần Quốc Kha</b></i>

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

<b>1. KHÁI NIỆM QUANG HỢP</b>
<b>1.1. Quang hợp</b>

Quang hợp là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ nhờ năng lượng của ánh sáng,
là q trình trong đó năng lượng của ánh sáng mặt trời do các sắc tố của cây
hấp thụ được chuyển hóa và tích lũy ở dạng năng lượng hóa học trong các hợp
chất hữu cơ

Nói cách khác, quang hợp là q trình biến đổi các chất vô cơ đơn giản thành
các hợp chất hữu cơ phức tạp có hoạt tính cao trong cơ thể thực vật dưới tác
dụng của ánh sáng mặt trời và sự tham gia của các sắc tố

Ngày nay, người ta chia quang hợp thành hai pha là pha sáng và pha tối

<b>1.2. Pha Sáng</b>

Bao gồm q trình hấp thụ ánh sáng và kích động các phân tử sắc tố (giai đoạn
quang lý) cùng với sự biến đổi năng lượng photon thành năng lượng hóa học

dưới dạng các hợp chất dự trữ năng lượng ATP và chất khử NADPH2 (giai

đoạn quang hóa)

<b>2. BẢN CHẤT CỦA ÁNH SÁNG</b>

Ánh sáng vừa có tính chất hạt vừa có tính chất sóng. Thành phần nhỏ nhất của
ánh sáng là photon là một loại hạt cơ bản có khối lượng vô cùng nhỏ bé và
mang năng lượng.

Các photon khác nhau đặc trưng bằng nguồn năng lượng dự trữ khác nhau và
được xác định theo công thức sau.

E = h.v = h.(c ∕ג)
Trong đó.

E Năng lượng của photon

h. Hằng số Planck ( 6.625. 10-34_J/s

c. Tốc độ ánh sáng ( 3.1017_{nm ∕ s)}

ג . Độ dài bước sóng ( nm)

v. Tần số bức xạ ( số dao động ∕ s)

Năng lượng photon tỉ lệ nghịch với độ dài bước sóng. Ánh sáng bước sóng
ngắn có năng lượng photon lớn hơn ánh sáng có bước sóng dài. Năng lượng
photon rất nhỏ nên trong thực tế thường tình theo trị số Einstein.

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

E là năng lượng một photon
N là số Avogadro

Các phân tử diệp lục và các sắc tố hấp thụ năng lượng ánh sáng với các mức
khác nhau. diệp lục hấp thụ photon ánh sáng xanh tím ( 430 nm), diệp lục hấp
thụ photon ánh sáng đỏ ( 670 nm).

<b>3. CÁC GIAI ĐOẠN CỦA PHA SÁNG</b>
<b> 3.1. Giai đoạn quang lí</b>

Pha sáng là một trong hai pha của quá trình quang hợp.

Những năm đầu của thế kỷ 18 ,người ta đã bắt đầu phát hiện ra vai trò của ánh
sáng và màu xanh của thực vật đối với q trình sống của nó

(Ingenhousz,1779);có những phát hiện sơ khởi về vai trị của nước trong pha
sáng (De Saussure,1804).

Đến thế kỷ 20, xuất hiện nhiều cơng trình về cơ chế quang hợp như phản ứng

quang phân ly H2O (Hill,1940);chứng minh rằng O2 được thải ra từ H2O chứ
không phải từ CO2 như những quan niệm ban đầu(Ruben,Kamen,1939,1941).
Đến năm 1954,Arnold -người có cơng rất lớn cho cho cơng trình nghiên cứu về
cấu trúc hoàn chỉnh của bộ máy quang hợp ,con đường chuyển hoá e trong pha
sáng

Pha sáng trong quang hợp có sự tham gia của ánh sáng bao gồm q trình
hấp thụ ánh sáng và kích thích sắc tố cùng sự biến đổi năng lượng lượng tử
thành các dạng năng lượng hoá học dưới dạng các hợp chất dự trữ năng
lượng ATP và hợp chất khử NADPH2 .

Xét về bản chất thì giai đoạn pha sáng có hai giai đoạn chính:
1. Giai đoạn quang vật lý.

2. Giai đoạn quang hóa học.

Quang lý là giai đoạn đầu tiên của pha sáng quang hợp. Trong giai đoạn này
xảy ra những biến đổi về tính chất vật lý của phân tử sắc tố khi hấp thụ năng
lượng ánh sáng. Giai đoạn này có hai hoạt động chính xảy ra là sự hấp thụ
năng lượng của sắc tố và sự truyền năng lượng do các sắc tố hấp thụ được đến
hai tâm quang hợp (P700 và P680). Kết quả của giai đoạn này là hai tâm quang
hợp tiếp nhận được năng lượng ánh sáng để tham gia vào các phản ứng quang
hoá.

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

hấp thụ phụ thuộc vào tần số dao động của bức xạ và được tính theo công thức
sau:

<b>E = h</b><i><b>v = </b></i><b>h(c/ג)</b>

<b>3.1.1. Sự hấp thụ năng lượng ánh sáng của sắc tố.</b>

Khi phân tử chlorophyll hấp thụ tia sáng có năng lượng lớn như tia
xanh, điện tử của chlorophyll sẽ được nâng lên quĩ đạo cao hơn, đó là trạng
thái singlet 2.

Trạng thái singlet-2 tồn tại khơng bền, nó chỉ tồn tại 10-12s rồi thải năng lượng
để quay về trạng thái ban đầu hay năng lượng mất đi một ít để trở về mức trung
gian – trạng thái singlet -1

Khi phân tử chlorophyll hấp thụ tia đỏ điện tử của chlorophyll nhận năng
lượng của foton đỏ truyền cho trở nên giàu năng lượng và chuyển sang quĩ đạo
có năng lượng lớn hơn quĩ đạo cơ sở, đó là trạng thái singlet-1 của chlorophyll.
Trạng thái này tồn tại trong thời gian rất ngắn, khoảng 10-9s. Năng lượng của
điện tử thải ra để quay về quĩ đạo cơ sở. Điện tử có thể thải năng lượng ở nhiều
dạng: năng lượng kích thích, năng lượng huỳnh quang, năng lượng nhiệt ...
Năng lượng của điện tử ở trạng thái singlet-1 của sắc tố cũng có thể khơng mất
đi hoàn toàn mà chỉ mất đi một ít để tồn tại ở trạng thái triplet.
Trạng thái triplet của chlorophyll tồn tại bền hơn 2 trạng thái singlet,với thời
gian khoảng 10-3s. Điện tử ở trạng thái này có khả năng tham gia vào các phản
ứng quang hoá để thực hiện các giai đoạn tiếp theo của quang hợp.

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

<b>Chuyển hóa mức năng lượng điện tử</b>

<b>Q trình biến đổi trạng thái của các diệp lục tố của quá trình quang lí có thể tổng hợp</b>
<b>như sau:</b>

<b>Chl + hv </b>«<b> Chl* </b>«<b> Chl </b>

<i>Trạng thái bình thường E ánh sáng Trạng thái kích thích Trạng thái bền </i>
<i> thứ cấp</i>

<b>3.1.2. Sự truyền năng lượng</b>

Trong lục lạp có nhiều loại sắc tố, mỗi loại sắc tố lại có rất nhiều phân tử. Khi
có ánh sáng các sắc tố phân bố ở các vùng khác nhau có khả năng hấp thụ ánh
sáng khác nhau. Đồng thời không phải mọi sắc tố khi nhận được năng lượng
ánh sáng đều có thể thực hiện phản ứng quang hố mà chỉ có các phân tử
chlorophyll. Hai tâm quang hợp (P700, P680) trực tiếp tiến hành các phản ứng
quang hoá.

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

Có hai hình thức truyền năng lượng trong các sắc tố: truyền đồng thể và truyền dị
<i>thể.</i>

<i>+ Truyền đồng thể là quá trình truyền năng lượng từ phân tử sắc tố giàu năng</i>
lượng sang phân tử sắc tố nghèo năng lượng trong cùng 1 loại sắc tố.

<i>+ Truyền dị thể là quá trình truyền năng lượng từ phân tử sắc tố giàu năng</i>
lượng sang phân tử sắc tố nghèo năng lượng. Cơ sở của quá trình truyền năng
lượng dị thể là nhờ hiện tượng huỳnh quang. Phân tử giàu năng lượng thải
năng lượng ở dạng ánh sáng huỳnh quang và phân tử nghèo năng lượng sẽ hấp
thụ năng lượng từ ánh sáng huỳnh quang đó. Cơ chế dị thể chỉ xảy ra việc
truyền năng lượng từ các sắc tố có cực đại hấp thụ ở bước sóng ngắn sang các
sắc tố có cực đại hấp thụ ở bước sóng dài hơn. Nhờ vậy mà năng lượng do các
loại carotenoic, chlorophyll b, chlorophyll a hấp thụ được sẽ truyền đến cho
P700, P680.

<b>3.2. Giai đoạn quang hoá:</b>

Là giai đoạn diệp lục sử dụng năng lượng photon hấp thụ được vào các phản ứng
quang hóa để tạo nên các hợp chất dự trữ năng lượng và chất khử.

<b>3.2.1. Phản ứng ánh sang I và con đường vận chuyển điện tử vòng: </b>

Phản ứng ánh sang I bao gồm một chuỗi lien tục các phản ứng oxy hóa khử. Hệ

sắc tố I thực hiện phản ứng ánh sang I. ở đây diệp lục a700 còn gọi là P700 giữ vai

trò là trung tâm phản ứng, nơi thu nhận và tích lũy năng lượng từ các sắc tố
khác chuyển đến. phản ứng ánh sang I có thể xảy ra một cách độc lập và hình
thành con đường vận chuyển điện tử vòng trong quang hợp.

Phản ứng bắt đầu từ tâm phản ứng P700. trước hết P700 hấp thụ ánh sang có bước

song ngắn hơn 730 nm và trở thành dạng kích động điện tử, nó nhường một
điện tử giàu năng lượng cho chất nhận điện tử đầu tiên X (X là chất chưa rõ
bản chất) rồi chuyển tiếp cho ferredoxin, xitocrom b6, xitocrom f và cuối cùng
lại trở về P700

Trong phản ứng ánh sáng I có thể xảy ra một khả năng vận chuyển điện tử

khác mà khơng phải vận chuyển điện tử vịng. Đó là điện tử tách ra từ P700

khơng quay trở về P700 mànó được chuyển tới ferredoxin rồi ferredoxin –

NADP – reductaza và điện tử được chuyển tới NADP là chất nhận điện tử cuối

cùng của phản ứng ánh sang I. mặt khác sự vận chuyển H+_{tới NADP tạo}

NADPH2, gọi là lực đồng hóa, để khử CO2 trong pha tối của quang hợp. điện

tử mất đi từ P700 được bù lại từ phản ứng ánh sang II

<b>3.2.2. Phản ứng ánh sáng II và con đường vận chuyển điện tử khơng vịng: </b>

Thực hiện phản ứng ánh sáng II là hệ sắc tố II. Sắc tố giữ vai trò trung tâm

phản ứng là diệp lục a680 (gọi là P680). Phản ứng ánh sang II thường xảy ra cùng

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

Phản ứng ánh sang II được kích thích bằng ánh sáng có bước sóng 700nm. P680

bị kích động sẽ chuyển điện tử cho chất nhận đầu tiên Q (Q có thể là hợp chất
quinon) rồi từ đó điện tử được vận chuyển qua các thành viên trong hệ thống

vận chuyển điện tử là plastoquinon, xitocrom b559 và plastoxianin và xitocrom f

để bù lại điện tử cho P700 của phản ứng ánh sang I

Phản ứng quang phân ly nước sẽ bù lại điện tử cho P680: sự hoạt động của phản

ứng ánh sang II cần có sự tham gia của Mn+2_{và Cl}

-Như vậy sự kết hợp hoạt động của hai phản ứng ánh sáng I và II tạo thành con
đường vận chuyển điện tử khơng vịng trong quang hợp. con đường này liên

tục từ H2O đến NADP

<b>3.2.3. Quang phân li nước:</b>

Quá trình quang phân li nước diễn ra gắn liền với hoạt động của phản ứng ánh
sáng II trong giai đoạn quang hóa.

Bằng phương pháp đồng vị phóng xạ (18_{O) người ta đã xác định được rằng O}

2

giải phóng trong q trình quang hợp có nguồn gốc từ H2O mà không phải từ

CO2. một bằng chứng cho kết luận trên là trong thí nghiệm với tảo Elodea

người ta đã thấy tỉ lệ 18_{O thoát ra trong quang hợp rất khớp với tỉ lệ}18_{O có}

trong nước và khác xa tỉ lệ 18_{O có trong CO}

2.

Quang phân ly H2O chỉ xảy ra ở cây xanh mà khơng có ở vi khuẩn quang hợp.

cơ chế quang phân ly nước diễn ra như sau:

Trước hết diệp lục hấp thụ các photon và trở thành dạng diệp lục kích động, 4
phân tử diệp lục hấp thụ 4 photon.

 4DL + hv  4DL*

Diệp lục kích động xúc tác cho phản ứng phân ly nước:

 4H2O  4H+ + 4OH

 4OH_ 4OH + 4ē

 4OH  2H2O + O2

 Tổng quát 2H2O  4H+ + 4ē + O2

Sản phẩn của quá trình quang phân li nước là H+_{được dùng để khử NADP, tạo}

chất khử NADPH2, điện tử bù lại cho P680 và O2 được giải phóng

<b>3.2.4. Quang phosphorin hoá </b>

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

(H2PO3) năng lượng điện tử sẽ được tích lũy trong lien kết giàu năng lượng của

ATP.

Năm 1954, Arnon phát hiện ra hai hình thức phosphorin hóa quang hợp là
phosphorin hóa vịng và phosphorin hóa khơng vịng. Đến năm 1969, ơng lại
phát hiện them một hình thức phosphoril hóa đặc biệt ở cây mọng nước là
phosphoril hóa vịng giả

<b>3.2.4.1. Phosphorin hóa quang hợp vịng:</b>

Phosphorin hóa quang hợp vịng gắn liền với con đường vận chuyển điện tử
vịng (hình)

Khi một cặp điện tử (2e) được tách ra từ P700 ( mỗi phân tử P700 hấp thụ 1

photon và tách ra một điện tử) chuyển qua các chất vận chuyển điện tử trung

gian là ferredoxin, xitocrom b6, xitocrom f rồi quay trở về P700 có thể tạo ra 1 –

2 ATP. Năng lượng tích lũy trong mỗi phân tử ATP từ 7 – 10 Kcal

Hiệu quả năng lượng của phosphrin hóa quang hợp vịng đạt 11% nếu tạo ra 1
ATP và đạt 22% nếu tạo ra 2ATP

Phosphor rin hóa quang hợp vịng chỉ xảy ra ở cây trong điều kiện thiếu nước
và ở vi khuẩn quang hợp. nguồn ATP này được dung trong quá trình đồng hóa

CO2 tổng hợp các chất hữu cơ trong quang hợp

2
e

-AT
P
AD
P AT
P
X
Fd
Xit
b6

Xit f PC
P₇₀
0
DI
hv
2e

-2e

-2e

-2e

-AD
P
X’
Fd’
Q

Xit C₅₅

P₆₉₀
Bchl
hv




2e-Xit b6
ADP
ATP

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

X 100 = 36 %

<b>3.2.4.2. Phosphorin hóa quang hơp khơng vịng</b>

Phosphor rin hóa khơng vịng gắn liền với con đường vận chuyển điện tử khơng vịng. Một
phần năng lượng điện tử được giải phóng sẽ tích lũy trong ATP khi điện tử chuyển từ

xitocrom tới plastoxianin (PC) một phần khác được tích lũy trong phân tử chất khử NADPH2

Phương trình tổng quát của quá trình phosphorin hóa khơng vịng là:

2H2O + 2NADP + 2ADP + 2H3PO4 2NADPH2 + 2ATP + O2

Hiệu quả của phosphorin hóa khơng vịng cao hơn phosphorin hóa vịng:
Sản phẩm tạo thành gồm có:

1 phân tử ATP tương đương 9 Kcal

1 phân tử NADPH2 tương đương 52 Kcal

Phosphorin hóa khơng vịng xảy ra khi cả hai phản ứng ánh sáng hoạt động đồng thời mỗi
phản ứng ánh sáng

52 + 9
168

b3
X

Fd

Xit b6

Xit f PC

P₇₀₀
DI

hv

2e-ADP
ATP

FP

2e-2e

-ADP
ATP

NADP
Xitb₅₅₉ PQ

Dl₂

H₂O
xitc

hv

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

<b>Sự khác biệt giữa hai hình thức phosphorin hóa quang hợp đượng trình bày như bảng </b>

<b>Hình thức phosphorin hóa Vịng </b> <b>Khơng vịng </b>

<i>Sự tham gia của phản ứng </i>

<i>ánh sáng </i> Phản ứng ánh sáng I Phản ứng ánh sáng I và phản ứng ánh sáng II
<i>Chất tham gia </i> ADP, H3PO4 ADP, H3PO4, H2O và

NADP

<i>Sản phẩm </i> ATP NADPH2, ATP, O2

<i>Hiệu quả năng lượng </i> 11-22% 36%

<b>3.2.4.3. Photphoryl hóa vịng giả:</b>

Trong điều kiện hiếu khí, khơng có NADP, thiếu nước...trong một số thực vật

có xảy ra q trình photphoryl hóa mà O2 làm chất nhận ion H+ và e- thay cho

NADP. Bởi vậy sản phẩm tạo ra khơng có NADPH2 mà tái tạo lại phân tử H2O

mới.

Photphoryl hóa vịng giả thường gặp ở thực vật CAM (Crassulacean acid
metabolism), là những cây thuộc họ Liliaceae: Hành, Bromeliaceae: Dứa,

Orchidaceae: Lan, Cactaceae: Xương rồng; Crassulaceae: Thuốc bỏng,
Messembryanthemaceae và Asclepiadaceae: Trúc đào.

4. <b>KẾT QUẢ CỦA PHA SÁNG</b>

<i><b>Trong giai đoạn quang lý</b></i> nhờ hấp thụ năng lượng ánh sáng, phân tử sắc tố đã có

những thay đổi sâu sắc về mức năng lượng điện tử và thay đổi tính chất quang hóa. Q
trình biến đổi trạng thái của sắc tố ở giai đoạn quang lý có thể tóm tắt như sau:

<i><b>Trong giai đoạn quang hóa</b></i>

- Nhờ hoạt động của phản ứng ánh sáng I và II tạo thành con đường vận chuyển điện tử

khơng vịng trong quang hợp, con đường này liên tục từ H2O đến NADP

- Sản phẩm của các quá trình quang phân ly nước là các H+_{được dùng để khử NADP}

tạo NADPH2 và giải phóng O2

- Hiệu quả năng lượng của photphorin hóa quang hợp vịng đạt 11% nếu tạo 1 ATP và

đạt 22% nếu tạo 2 ATP. Nguồn ATP này dùng để đồng hóa CO2 tổng hợp chất hữu cơ

trong quang hợp

DL

Diệp lục ở
trạng thái bình

thường

hv

photon

DL

*

Diệp lục
kích động

DL

v

Diệp lục ở trạng
thái bền triplet

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

- Hiệu quả năng lượng của photphorin hóa khơng vòng đạt 36%. Tạo 1 ATP và 1

</div>

<!--links-->