Thực vật – trung tâm chuỗi vật chất – năng lượng sinh học

Thông qua quang hợp, năng lượng ánh sáng mặt trời được sinh vật chuyển hóa thành dạng năng lượng hóa học tồn tại trong các hợp chất hữu cơ. Đây chính là sản phẩm ban đầu, tiếp tục đi vào dòng chuyển hóa vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái lớn nhất – Sinh quyển.

Thực vật – trung tâm chuỗi vật

chất – năng lượng sinh học

Nhóm thực vật:

Nguyễn Thị Hồng Hạnh Phan Nữ Ngọc Đoan Huyền

Nguyễn Thị Hường Nguyền Thị Thùy Nhi

• Thông qua quang hợp, năng lượng ánh sáng mặt trời được sinh vật chuyển hóa thành dạng năng lượng hóa học tồn tại trong các hợp chất hữu cơ Đây chính là sản phẩm ban đầu, tiếp tục đi vào dòng chuyển hóa vật chất và năng lượng trong

hệ sinh thái lớn nhất – Sinh quyển

• Mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho sự sống trên trái đất.

• Sinh vật sản xuất chỉ sử dụng được những tia sáng nhìn thấy (50% bức xạ) cho quang hợp

• Quang hợp chỉ sử dụng khoảng 0,2 – 0,5% tổng lượng bức

xạ để tổng hợp chất hữu cơ

CÁC GIAI ĐOẠN CHUYỂN HÓA VẬT

1 QUANG HỢP

• GIAI ĐOẠN HẤP THỤ

• GIAI ĐOẠN TRUYỀN NĂNG LƯỢNG

• GIAI ĐOẠN BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG TẠI TRUNG TÂM PHẢN ỨNG CỦA DIỆP LỤC (PHA SÁNG)

• GIAI ĐOẠN QUANG LÝ

• GIAI ĐOẠN QUANG HÓA

• 1 Giai đoạn hấp thụ: thực vật hấp thụ ánh sáng mặt trời nhân sắc tố quang hợp

• 2 Giai đoạn truyền năng lượng:

- Năng lượng được dự trữ trong cấu trúc phân tử sắc tố dưới

dạng điện tử (e - ) được kích thích

- Vận chuyển năng lượng vào trung tâm phản ứng P 700, 680

• 3 Giai đoạn biến đổi năng lượng tại trung tâm phản ứng của diệp lục (Pha sáng)

• 3.1 Giai đoạn quang lý

• 3.2 Giai đoạn quang hóa

• Quang phosphoryl hóa vòng

• Quang phosphoryl hóa không vòng

• Quang phosphoryl

3.2 Giai đoạn quang hóa

3.2 Giai đoạn quang hóa

• Quang phosphoryl hóa không vòng

Bao gồm: hệ thống quang I, hệ thống quang II và quang phân

ly nước Đây là cơ chế thu năng lượng hiệu quả hơn

• - Như vậy ánh sáng được hấp thụ trải qua quá trình truyền

năng lượng, phosphoryl hóa tạo ra 3 sản phẩm ATP, NADPH

4 Giai đoạn cố định CO2 (Pha tối)

• Tùy vào từng nhóm thực vật C3, C4 và CAM, mà quá trình đồng hóa CO2 xảy

ra theo các con đường khác nhau

4.1 Chu trình Cavin (thực vật C3)

Các pha quang hợp ở thực vật C3

• a Pha sáng

- Là pha chuyển hóa NLAS đã được diệp lục hấp thụ thành

năng lượng trong các liên kết hóa học trong ATP và NADPH

- Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân ly nước

2H2O→ 4H+ + 4e- +O2

ATP và NADPH được sử dụng trong pha tối để tổng hợp các chất hữu cơ

• Thực vật C4 thường sống ở khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới như ngô, mía, rau dền

• Cơ chế hoạt động:

- Trong điều kiện thời tiết khô nóng, hạn hán, thực vật sẽ đóng khí khổng để tránh mất nước → làm hạn chế CO2 đi vào → ức chế pha tối nhưng pha sáng vẫn xảy ra và sản sinh O2

- Trong điều kiện nhiều O2, ít CO2

Rubisco biến tính, thay vì thực hiện chu trình Calvin bình thường, nó oxi hóa RiDP thành APG và AG Hai chất này sẽ trải qua nhiều quá trình phức tạp và tiêu tốn năng lượng để trở về RiDP, nhưng còn tiêu tốn O2 để sản sinh CO2 và không tạo ra ATP.

Pha sáng ở TV C4

• Diễn ra chủ yếu ở tế bào mô giậu.

• Gồm 2 quá trình chủ yếu:

- Quang lý và quang hóa: giống pha sáng của C3, chuyển năng lượng

- Cố định CO2 vào PEP và biến đổi thành malate để có thể vận chuyển vào tế bào bao bó mạch thực hiện pha tối.

Pha sáng ở TV C4

• Quá trình cố định CO 2 diễn ra như sau:

- CO2 được khuếch tán qua khí khổng vào các tế bào mô giậu.

- Tại đây, CO2 được PEP carboxylase gắn vào PEP tạo thành AOA.

- AOA lại một lần nữa được chuyển thành malate - một hợp chất có thể

dễ dàng được vận chuyển qua màng hoặc kênh protein.

- Malate, ATP và NADPH2 sẽ chuyển sang lục lạp của tế bào bao bó

mạch để chuẩn bị cho pha tối QH

Kết quả:

- tạo ra ATP, NADPH2

- Giải phóng O2 ra ngoài khí quyển

- CO2 được cố định trong malate cho pha tối QH

- Tại đây, malate được phân giải thành CO2 và Pyruvate.

- CO2 tham gia vào chu trình Calvin tạo C2H12O6

- Pyruvate được chuyển về lục lạp của tế bào mô giậu, tái sinh thành PEP

để tiếp tục thực hiện pha sáng.

Kết quả:

- Sản phẩm C2H12O6

- Tái tạo malate thành PEP tiếp tục quay lại pha sáng.

2 HÔ HẤP

2.1 Hô hấp hiếu khí

2.1.1 ĐP → CT Crebs

Đường phân

• Hiệu quả năng lượng:

• Phân hủy 1 phân tử Glucose:

• + tạo 8 ATP (trong hô hấp hiếu khí)→ ≈ 10%

• + tạo 2 ATP (trong hô hấp kị khí) → ≈ 2%

2.1 Hô hấp hiếu khí

• Chu trình Crebs

2.1 Hô hấp hiếu khí

Chu trình Crebs

• Với mỗi nhóm acetyl xâm nhập vào chu trình sẽ tạo ra 3 NADH và 1 FADH2 Do đó, kết quả sẽ có 6 NADH và 1 FADH2 được tạo ra qua chu trình Crebs Hai chất này sẽ truyền điện tử vào chuỗi chuyền electron hô hấp và trong quá trình đó sẽ cung cấp năng lượng cần thiết để tạo ATP

• 1 phân tử ATP duy nhất được phát sinh trong chu trình nhờ phosphoryl hóa mức cơ chất

2.1 Hô hấp hiếu khí

• Không tạo ATP trực tiếp mà làm nhẹ bớt độ sụt giảm năng lượng từ cơ

chất tới oxy, phân chia độ sụt năng lượng tự do lớn thành các bước nhỏ hơn mà giải phóng năng lượng với liều lượng dễ sử dụng

• Nhờ cơ chế hóa thẩm mà ATP được tạo ra

Hóa thẩm gắn với chuỗi chuyền electron để tạo ATP

2.1 Hô hấp hiếu khí

• Chuỗi chuyền electron hô hấp

Hiệu quả năng lượng:

- Cứ 1 NADH → 3 ATP, 1FADH2 → 2 ATP

- Do đó, chuỗi chuyền electron có thể tạo ra khoảng 32 hoặc

34 ATP

Chu trình pentosephotphat

• Glucose có thể đi qua chu trình pentose phosphate sau khi chuyển đổi thành glucose 6-phosphate

• Là con đường thứ 2 của sự chuyển hoá đường dẫn đến những sản

phẩm đặc trưng cần cho cơ thể.

• Trong chu trình không trực tiếp tạo ra ATP.

Chu trình pentosephotphat

Chu trình pentosephotphat

Tính chất

• Là quá trình oxy hoá glucose kèm theo sự giải phóng CO2 và tạo ra

NADPH là chất có khử rất mạnh cần cho một số hoạt động sống của tế bào sống trong đó có quá trình tổng hợp acid béo.

• Sản phẩm thứ 2 được tạo ra là pentose

• Là kiểu chuyển hoá glucose tới CO2 và H2O không thông qua quá

trình đường phân và chu trình Krebs

Chu trình pentosephotphat

• Ý nghĩa

• Không trực tiếp tạo ra ATP

• Cung cấp Pentosephosphate cần thiết cho các quá trình tổng hợp các nucleotide

• Tạo ra NADPH2 giữ vai trò quan trọng trong sinh tổng hợp axid béo, các steoride và nhiều chất khác của cơ thể.

2.2 Hô hấp kị khí và lên men

• Đều là quá trình tạo ATP mà không có sự tham gia của Oxy phân tử

• Hô hấp kị khí xảy ra ở sinh vật nhân sơ sống trong môi trường không

có oxy Do đó, chất nhận điện tử cuối cung được thay thế là oxy trong các hợp chất vô cơ

• Lên men là phương thức thu hóa năng mà không cần đến chuỗi chuyền electron hô hấp (không cần hô hấp tế bào) Xảy ra khi tế bào đang bị thiếu oxy

2.2 Hô hấp kị khí và lên men

2.2 Hô hấp kị khí và lên men

2.2 Hô hấp kị khí và lên men

Hiệu quả năng lượng:

- Phân hủy 1 phân tử Glucose qua lên men tạo 2 ATP→ ≈ 2%.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

• 1 Năng lượng sinh học – Nguyễn Quốc Khang – NXB Khoa học và Kĩ thuật

• 2 Sinh thái học đại cương – Trần Kiên, Phan Nguyên Hồng – NXB Giáo Dục (1990)

• 3 Sinh học – Campbell và cộng sự (2008), bản tiếng Việt – NXB Giáo Dục