Bài giảng quang hợp - chuyên ngành công nghệ sinh học

QUANG HOP Quang hợp gồm 2 giai đoạn chính: xảy ra dưới ánh sáng, tại , bao gom sự chuyền điện tử tip HO toi NADP* > NADPH & ATP không cần ánh sáng, xảy ra của giai đoạn sáng đề khử CO,

QUANG HOP

Muc tieu hoc tap , Neu divoc dinh nghia va cac thiinghiem chung minh quang hop o cay xanh

NGũ các phương pháp đö vấn tóc quang hợp

và các yêu to ảnh Hướng đến quang hợp:

: Giải tHÍCH Sự cñuyen điện tứ trong quang hệ thong | va quang he thong lÏ' va sự Hình thanh ATP

Giải tích sự có định CO; va các pHản ứng của

chu trinh Calvin, su tao thành QƯỚnG:

QUANG HOP

Quang hop la su Khww carbon dioxyd thanh cac

hop chat hvu co nhoonang lữøngG mặt trời và

phong thich oxy tl noc

Anh sáng

6 CO; + 6H,O —› CạH,„O¿ + 602

Diệp luc to : Nối quang hop manh nhat: la 20-100 luc lap /TB

; Luc lap co hal mang, chtra 40-60 grana

Các túi dep trong moi granum la thylakoid

\ ns NES uy -‹ ite" wr yi ù i xượm

NEY spi ụ ry hy Rsv BOON ae hy WT es Màu ve

hy risen taf lệ (u32) f we ar ry aoa!

vent sp inde 1 */ K ưng tr h aS ee ot , ff Vy h oy la Cie Wri A4

hờ d b N Sn nave cae VNI EN 4 rm

a 4 nu) eat ^ VMƯV (VU LAN, \ apes Nina đệ

- “ se i ey os NR bi ĐÀ KT khù\ Â !0/A08) 16

re ' NÀNG, ng NHI vì à sh me ve nh a i , ini Fal on Sid ie tN a và vi pre vệ ¥} PAN i h THÊ

NAY MÔN $ Nie i

hà MÀ ae MỊ TIẾN dinh f9 a wy ` ` ae ae lạ wel

ile cen lj Col ei \ being hs ny

nh \) ú Sf | : nna genet ' cane et ot

TIÊN bó

space between membrane

inner membrane

thylakoid space’ Chloroplast

QUANG HOP

Quang hợp gồm 2 giai đoạn chính:

xảy ra dưới ánh sáng, tại

, bao gom sự chuyền điện tử

tip HO toi NADP* > NADPH & ATP

không cần ánh sáng, xảy ra

của giai đoạn sáng đề khử CO, = glucid

LIGHT REACTIONS CALVIN CYCLE

Thí nghiệm chứng minh

QUANG HOP

1 Up 6ng nghiém day nước trên cái phễu lộn ngược

trên cây Rong trong chậu nước có nhiêu CO, đề

ngoài AS, oxy thoát ra dạng những bọt nhỏ đọng

lại trong ông nghiệm

2 Nước sôi đề nguội không thấy bọt khí thoát ra

Cây không QH vì không được cung cấp CO

3 Lây 1 lá to, nhúng cuông lá vào trong nước, bịt

một phân lá = giấy kim khí, để lá ngoài AS mặt trời

1 ngày Chiêu ngâm lá vào nước sôi, loại sắc tô = rượu, ngâm lá vào nước iod= phân nhận AS mau

lam vì có tỉnh bột

Van toc quang hop QUANG HOP

dat la hoac cay

hay mô trong 1 phòng trong suốt có thê nhận ánh sáng Đo sự thay đổi nông độ CO, của

dòng không khí đi qua phòng lá này giữ ồn định: t°c, van tốc dòng khí, nông độ hơi nước

(ước lượng)

Dieu kién cua sw quang hop

nằm trong mang thylakoid,

- quan trọng nhất là diệp lục tó

Câu tạo:

-nhan porphyrin (vòng tetrapyrrol và nguyên

tử Mg ở giữa), thích nước, liên kết với protein

va

- chuỗi phytol dài, thích lipid, liên kết với thành phân lipid (cua mang thylakoid)

VISIBLE SPECTRUM GAMMA RAYS—> J

Dieu kién cua sw quang hop Ạ b

- DLT aco 2 cuc dai ặ I na

hập thu: lam-tím 6 li eee

= BI b CO 2 CỰC đại A violet blue green yellow orange red

hap thu: lam &

- Cac noi đôi trong vòng tetrapyrrol tạo hệ thông

cộng hưởng luân phiên voi cac noi don, =DLT nhan & truyén nang lượng ánh sáng,

co kha nang phong thich dién tu:

sắc tô hoạt động của quang hợp

: DLT b, c, d & các carotenoid thu

ánh sáng & truyền năng lượng cho DLT a >

phố hoạt động của quang hợp rộng hơn

carotenoid: b- caroten & xanthophyl có cực đại

hấp thu ở 480-500 nm

Điều kiện của sự quang hợp

nông độ CO2 tăng lên=quang hợp tăng

- cây thiếu nước = quang hợp giảm đi

- chỉ bat dau khi có một nhiệt độ tối thiếu

- nhiệt độ tăng = quang hợp tăng tới nhiệt độ tối

ưu

Điều kiện của sự quang hợp

sO enzym mat tac dung

- Ảnh sáng tối ưu cho quang hợp thay đổi tùy

loại cây

Điều kiện của sự

Mau sac cua tia sang:

-QH manh nhat @ tia

- Mot anten thu anh sang ota vài trăm sắc tô phu thu nhận & truyền năng luong anh sáng ở nhiều độ ST sóng khác nhau về trung tâm

phản ứng

Quang he

Chất nhận e- đầu tiên

Ánh sáng

Truyền năn

Chuodi quang hợp

Trong màng thylakoid, các PS là thành phân của

chuodi QH gom 4 phuc hop protein: PS Il,

cytochrom b6-f, PS | & ATPsynthase;

plastoquinon & plastocyanin la 2 thanh phan

linh động của chuỗi

c- 0616081 SiO Sis Big,

avtoafos ie ool so Oe OC eOe oS oY

F0 8068 60 08 8 0Ñ bạ,

6D W W 8D 8N N) eo Dg Till RL ROWE MLE

Cr BIS UT SOME EOL Oar ok

@ Photosystem | Ô Cytochrome Of

Photosystem lễ ATP synthase

Chuodi quang hợp

Các chất chuyên chở điện tử của chuỗi quang

hợp # enzym xúc tác các phản ứng oxyd hóa

khử do câu trúc phân tử, một số chỉ chuyền điện tử (như cyt b6-f), một số chuyên đồng

thời điện tử và H: (như P))

GHUYEN DIEN TU’ QUANG HOP

Hoạt động của quang hệ II

- Trung tâm phản ứng là P680, thu năng lượng

Cytochrome bf complex

GHUYEN DIEN TU’ QUANG HOP

Hoat d6ng cua quang hé thong |

- Trung tâm phản ứng là P700, thu nang lượng ánh sáng ở À = 700 nm =kích động, phóng thích 2e-, P700 trở nên oxyd hóa P700:,

- e*" được nhận bởi X một protein chứa Fe & S, X trở nên khử (X-)

- từ X-, 2e- chuyền qua Ferredoxin go}

Ferredoxin - NADP reductase, cudi cling laNADP*

2e- 2e- +2H +

P700 => X > Fd &> ENR © NADP? © NADPH + H+

Photosystem |

GHUYEN DIEN TU’ QUANG HOP

P680 trả 2e- cho P700, H.O trả 2e- cho P680

- Phân tử H,O gắn chặt vào 1 protein chứa mangan

& xoang thylakoid ké can P680

- Một phức chất trung gian Z, tích lũy điện tích đạt

mức oxy hóa đủ cao đề có thê hút e- từ H;O —›e-

được trả cho P680

- Mất e-, nước bị oxy hóa tạo 2H: & 1 ngtử oxygen,

ngtử oxygen này sẽ kết hợp với ngtử oxygen

khác (từ sự phân cắt phân tử nước khác) đề tạo

O; & khuếch tán nó ra khỏi TB

Overview of Photosystems | and II NADPH

Photosystem |

Photosystem II

NADP+ NADPH} +H+

i

điện tử ở các sinh vật quang hợp

Vai trò của chuyên e- QH

- Biên năng lượng AS thành năng lượng hóa

học, tích trữ ở dạng chất khử là NADPH &

hợp chất phosphat cao năng là ATP

- Con đường chuyền e- không vòng có ở vi

khuẩn QH, TV & tảo

Con đường chuyền e- vòng

e- từ P700 chuyền qua X, Ferredoxin, PQ, cyt

b6f, PC, quay ve P700

- khong tao O, &N HF

Vai trò: sử dung b=

su khw O, hoac} 4

goc oxy phan w

Con duong chuyén e- vong

Con duong chuyén e- vong

Sự quang phosphoryl hoa (tao ATP)

Cùng với sự tạo chất khử NADPH, một phân

năng lượng của photon được dùng tạo ATP

Đó là sự quang phosphoryl hóa ADP hay sự đi cặp “chuyên e- / phosphoryl hóa”

ATPsynthase # ATPase gom 2 thanh phan:

- CF1 hình câu, thích nước, nhô ra stroma, là

phân xúc tác của enzym

- CFo hình trụ, thích lipid, nam xen trong màng,

là kênh proton

“ATPase” # may hđộng thuận nghịch: tổng hợp

ATP nhờ lực dẫn proton & bơm proton ngược

với khuynh độ điện hóa nhờ thủy giải ATP

Sw tong hop ATP

J)00000D)

Sw tong hop ATP

- e- từ nước = NADP:, // chuyền 2H: (nhờ PQ) từ

fell eo LT) mang > khoang thylakoid Sự khử NADP: sử dụng 1 H: của stroma = 3H: bị EN

khoi stroma,

- 4H: được phóng thích trong khoang thylakoid:

2 bởi sự oxyd hóa nước, 2 bởi sự UN cAMP Noi orto khac, mot phần năng lwong AS giúp chuyền e- được đồi thành một khuynh do

điện hóa proton cho phép các H+ trở về

stroma

- H+ kh6ng thé khuéch tan qua mang thylakoid,

mà qua kênh CFo thì CF1 được kích hoạt &

xúc tác sự phosphoryl hóa ADP thành ATP

Sự cô định CO2 & khử CO2

thành đường

Các phản ứng tôi của quang hợp

Xảy ra trong stroma do enzym xúc tác:

CO2 được cô định bởi RuBP = 3-phosphoglycerat

Enzym xúc tác là Rubisco (ribulose biphosphat

carboxylase oxygenase)

: sử dụng ATP & NADPRH

3-phosphoglycerat > Glyceraldehyd 3- phosphat

(C3-P)

Sự cô định CO2 & khử CO2

thành đường

- phân tử C3-P nhờ protein đôi VC ở mang trong LL> TBC

đê tông hợp sucrose (chu trình phải quay 12 lân đê phóng thích đủ 4 phân tử C53-P)

- lục lạp giữ 5/6 phân tử C3 - P cho sự tái tao RuBP

Một chuỗi PƯ dùng ATP tái sắp xếp giữa các chuỗi carbon

- những hợp chất trung gian trong đó tái tạo lại phân tử

RuBP khởi đầu vòng mới của chu trình

* Chu trinh Calvin tra lai ADP & NADP*+ cho các phản ứng

sang

> Chu trinh Calvin

Stroma

Thực vật C3, C4 và CAM

Hoạt tính Rubisco (ribulose biphosphat

carboxylase oxygenase) thay đồi tùy [CO,] hay

[O›] (tỷ lệ [CO,] / [O;]) sẵn sàng cho nó

: Điều kiện tôi ưu cho QH, Rubisco thực

hiện chức năng carboxylaz tức cô định CO2

vào RuBP —›3-phosphoglycerat (có 3C) TV mà

chu trình Calvin dùng trực tiếp CO; từ không

khí: cây C3

Thực vật C3, C4 và CAM

Khi nhiệt độ † [CO.]/[O:]} trong TB, O sinh ra

trong PU sáng không ngừng gia tăng khiến

Rubisco cô định O, trên RuBP-—›1phân tử 3-

phosphoglycerat (3C)& 1 phosphoglycolat (2C)

Phosphoglycolat —›CO, & nước ở peroxysom

va ty thể Toàn bộ quá trình từ cô định O; tới

CO, & nước được gọi là

Thực vật C3, C4 và CAM

CO; được cô định thành hợp chất có 4C

(acid oxaloacetic, acid malic) nhờ PEP carboxylase (phosphoenolpyruvat

carboxylase) Hợp chất 4C sau đó khuếch tán vào TB bên cạnh và bị khử carboxyl dé phóng

thích CO, CO; này được cô định bởi Rubisco

trong chu trình Calvin

Thực vật C3, C4 và CAM

CO; được cô định trong tôi thành hợp

chất có 4C (acid oxaloacetic, acid malic) nhờ:

PEP carboxylase Hợp chất 4C tích trữ trong

không bào cho tới sáng hôm sau sẽ bị khử

carboxyl đề phóng thích CO, CO; này được cô

định bởi Rubisco trong chu trình Calvin

- Cây C4 & CAM thích ứng với các điêu kiện nóng

& khô

So sánh QH ở cây C3, C4 va CAM

Cây C3