Tài liệu CHƯƠNG VI. QUANG HỢP (PHOTOSYNTHESIS) pptx

1
PHẦN I: SINH HỌC TẾ BÀO
CHƯƠNG VI. QUANG HP
(PHOTOSYNTHESIS)
TS. Nguyễn Hồi Hương
VI.1. Đại cương về quang hợp – Phản ứng tổng quát
1) Hiện tượng :
Quang hợp = sự
tổng hợp đường
và O
2
ở thực vật.
Điều kiện để thực
vật quang hợp:
CO
2
+ H
2
O + ánh
sáng mặt trời
H
2
O do rễ hấp thu
qua rẽ, vận chuyển
lên lá; CO
2
ra vào lá
qua khí khổng
Sản phẩm của
quang hợp là
đường được

vận chuyển
trong cây
2) Phản ứng tổng quát
• 6CO
2
+ 12H
2
O + ánh sáng  C
6
H
12
O
6
+ 6H
2
O+ 6O
2
Chất oxy hóa Chất khử
O
2
sinh ra từ đâu?
1950, các nhà khoa học dùng C
18
O
2
hoặc H
2
18
O nghiên cứu,
khí

18
O
2
chỉ thoát ra khi dùng H
2
18
O
Trong quang hợp O
2
sinh ra từ H
2
O.
Chất phản ứng 6CO
2
12H
2
O
Sản phẩm C
6
H
12
O
6
6H
2
O 6O
2
3) Hai pha của quang hợp
PHA SÁNG PHA TỐI
Lục lạp

Đường
2
Pha sáng
Chuyển hóa quang năng thành hóa năng:
tổng hợp ATP
Tổng hợp NADPH từ NADP+
H
2
O
O
2
NADP+
NADPH
CO
2
GLUCOSE
Pha tối
Cố định CO2, tổng hợp đường glucose
Tiêu thụ ATP
Tái tạo NADP+
VI. 2. Pha sáng
1) Phổ sóng điện từ
Bước sóng
Ánh sáng màu
do lăng kính tạo
nên
Lục lạp của tảo Spirogyra
(nhìn dưới kính hiển vi)
Vi khuẩn hiếu khí
2) Các thí nghiệm khám phá pha sáng

a) Thí nghiệm khám phá ánh sáng
hấp thụ
- Lăng kính tạïo phổ ánh sáng từ đỏ
sang tím
- Tảo Spirogyra có khả năng quang
hợp
- Để tảo ngập nước trong lam kính,
quan sát dưới kính hiển vi
- Sau thời gian, vi khuẩn hiếu khí mọc
tụ quanh vùng ánh sáng đỏ và xanh.
AnÙh sáng đỏ và xanh
được sắc tố quang hợp
hấp thụï tốt nhất.
Tách các sắc tố quang hợp bằng sắc ký giấy
Carotene
Xanthophyll
Chlorophyll a
Chlorophyll b
b) Thí nghiệm xác định các sắc tố quang hợp
3
c) Đo phổ hấp thụ của các sắc tố quang hợp
Phân tử sắc tố chlorophyll a và các sắc tố
phụ sắp xếp trên màng thylakoid tạo thành
một hệ thống hấp thụ ánh sáng gọi là
antenna
Phần đi kị
nước bám vào
lớp lipid đơi
Cấu trúc vòng
hấp thụ ánh sáng

3) Hệ thống hấp thụ
ánh sáng trên
màng thylakoid =
antenna
4) Phản ứng quang hóa của phân tử sắc tố
Nguyên tắc kích hoạt của photon ánh sáng
Photon đập vào nguyên tử của sắc tố
Kích hoạt điện tử nhảy lên mức năng lượng cao hơn (không bền)
Điện tử trở về vò trí ban đầu (mức căn bản) kèm theo tỏa nhiệt và
phát huỳnh quang.
Mức căn
bản
Mức kích
hoạt
Một phân tử sắc tố bị kích thích có
thể phát huỳnh quang hoặc truyền
năng lượng sang phân tử sắc tố
khác.
Chất nhận e-
đầu tiên nhận
e- từ trung
tâm phản ứng
bị kích thích
Quang hệ = antenna + trung tâm
phản ứng + chất nhận điện tử
đầu tiên + protein
Trạng thái
kích thích
Trung tâm phản ứng
(phân tử chlorophyll)

4
Hai kiểu quang hệ trong tự nhiên
Quang hệ II (P680)
Chlorophyll a ở trung tâm phản ứng hấp thụ ánh sáng đỏ λ = 680 nm
Quang hệ I (P700)
Chlorophyll a ở trung tâm phản ứng hấp thụ ánh sáng đỏ λ = 700 nm
Tóm lại
Ba khả năng truyền năng lượng của phân tử sắc tố khi bị
photon ánh sáng kích thích
Phát nhiệt hoặc huỳnh quang (năng lượng vô ích)
Truyền năng lượng cho phân tử sắc tố kế cận
Truyền e
-
cho một chất nhận điện tử.
Phản ứng oxy hóa khử trong lục lạp
5) Phản ứng oxy hóa khử trong lục lạp
Chl* + A + e
-
→
→→
→ Chl + A
-
NADP
+
+ 2H
+
+ 2e
-
→
→→

→ NADPH + H
+
Quang phosphoryl hóa: tổng hợp ATP theo cơ chế hóa thẩm thấu
Trung tâm phản ứng chlorophyll a ở trạng
thái kích thích (Chl*) truyền e
-
cho chất nhận
điện tử đầu tiên (A)
H
2
O →
→→
→ 2H
+
+ 2e
-
+ 1/2O
2
(quang phân nước cung cấp e- cho
chlorophyll a ở trung tâm phản ứng)
Dòng e
-
chuyển động từ nước đến quang hệ II - chuỗi quang hợp –
quang hệ I đến NADP
+
tổng hợp NADPH
CHUỖI QUANG HỢP
QUANG HỆ II
QUANG HỆ I
1) Quang

phân nước,
cung cấp e
-
,
H
+
và giải
phóng O2
2) Chl ở
quang hệ II
bị kích thích
thành Chl*
3) Vận chuyển e
-
và H
+
trong
chuỗi quang
hợp, tổng hợp
ATP theo cơ chế
hóa thẩm thấu
4) Chl ở quang
hệ I bị kích
thích thành
Chl*, nhận e
-
từ
quang hệ II
5) Quang hệ I
khử Fd

(Ferrodoxin),
Fd khử
NADP
+
thành
NADPH và H
+
5
Cơ chế hóa thẩm thấu tổng hợp ATP - quang phosphoryl hóa:
Chuỗi quang hợp vận chuyển e
-
từ quang hệ II sang quang hệ I,
Bơm H
+
từ stroma vào thylakoid.
Khuếch tán của dòng H
+
trở lại stroma qua phức hợp ATP synthase cung cấp
năng lượng tổng hợp ATP.
Stroma: [H
+
] thấp, pH cao
Bên trong thylakoid: [H
+
] cao, pH thấp
Vận chuyển tích cực H
+
từ
stroma vào thylakoid
ATP synthase tổng hợp

ATP nhờ năng lượng lực
dẫn proton
Chuỗi quang hợp gồm các protein:
PQ = Plastoquinone
Cyt = Cytochrome b6/f
PC = Plastocyanin
Fd = Ferrodoxin
NADP reductase
6) Quang phosphoryl hóa không vòng và quang phosphoryl hóa
vòng
a) Quang phosphoryl hóa
không vòng:
Dòng e- chuyển động hình
chữ Z từ quang hệ II sang
quang hệ I qua chuỗi quang
hợp.
Quang phân H2O để cung
cấp e-
Tổng hợp ATP, NADPH,
giải phóng O2
Hiệu suất năng lượng cao.
b) Quang phosphoryl hóa
vòng:
Dòng e- chuyển động hình tròn
từ quang hệ I qua chuỗi quang
hợp rồi trở về quang hệ I
Không cần quang phân H2O để
cung cấp e-
Chỉ tổng hợp ATP, không sinh
NADPH, không giải phóng O2

Hiệu suất năng lượng thấp.
Summary of Light
Reactions
e
-
acceptor
light
NADPH
NADP
+
Chuỗi quang
hợp
ATP
H
2
O → 2e
-
+ 2H
+
+ O
e
-
acceptor
Quang hệ II
Quang hệ I
Quang
phosphoryl hóa
không vòng: e-
chuyển động
hình chữ Z