Bg sinh hoc dai cuong phan 2 9754

Hiện nay người ta đã thu được nhiều loại chế phẩm enzyme khác nhau và sử dụng rộng rãi trong nhiều lãnh vực như y học , nông nghiệp, công nghiệp… Enzyme có một số tính chất cơ bản: - Kh

- Vai trò đặc biệt của enzyme: enzyme có thể xúc tác chuyển hoá cho các phản ứng trong hoặc ngoài cơ thể

Ví dụ: Trong dạ dày có pepsin phân giải thức ăn giàu protein tạo thành pepton (58% acid amin) Amilase (có nhiều trong khoang miệng, nhiều nhất ở ruột non) có khả năng phân giải tinh bột thành đường glucose Theo quy trình chung:

Tinh bột  Dextron  Maltose (đường nha)  .glucose Amilase là enzyme có thể lấy từ đường ruột (màng nhầy ruột non) hoặc từ ngũ cốc nảy mầm, nuôi vi sinh vật

- Nguồn thu enzyme khá rộng rãi: từ động vật, thực vật, vi sinh vật

2 Tính chất enzyme

Enzyme là protein có khả năng xúc tác đặc hiệu cho các phản ứng hóa học Chúng thúc đẩy một phản ứng xảy ra mà không có mặt trong sản phẩm cuối cùng Enzyme có trong nhiều đối tượng sinh học như thực vật, động vật và môi trường nuôi cấy vi sinh vật Hiện nay người ta đã thu được nhiều loại chế phẩm enzyme khác nhau và sử dụng rộng rãi trong nhiều lãnh vực như y học , nông nghiệp, công nghiệp…

Enzyme có một số tính chất cơ bản:

- Không tham gia vào thành phần cuối của phản ứng, Chỉ làm tăng nhanh phản ứng mà các phản ứng này có thể xảy ra ở điều kiện không có enzyme

- Không làm mất vị trí cân bằng của phản ứng mà chỉ làm tăng tốc độ của phản ứng

- Có hiệu suất xúc tác sinh học cao hơn gấp nhiều lần xúc tác hóa học, tuy nhiên vận tốc có thể tăng khi có xúc tác hóa học

- Enzyme có tính đặc hiệu cao và có tính chọn lọc đối với cơ chất, trong các phản ứng enzyme hầu như kết quả cho ra 100% sản phẩm

- Bản chất enzyme là protein đa số có dạng hình cầu và không đi qua được màng bán thấm do kích thước lớn

- Tan tốt trong nước và trong dung dịch muối loãng (buffer)

- Cũng như protein enzyme không bền với nhiệt độ Bị gây biến tính bởi acid, base mạnh hay muối kim loại nặng

II THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO CỦA ENZYME

Ngoại trừ một nhóm nhỏ ARN có tính xúc tác, tất cả enzyme đều là protein Tính chất xúc tác phụ thuộc vào cấu tạo của protein Nếu một enzyme bị biến tính hay phân tách thành những tiểu đơn vị thì hoạt tính xúc tác thường bị mất đi, tương tự khi bản thân protein enzyme bị phân cắt thành những amino acid Vì vậy cấu trúc bậc 1, 2, 3, 4 của protein enzyme là cần thiết cho hoạt tính xúc tác của chúng

Enzyme, cũng như những protein khác, có trọng lượng phân tử khoảng 12.000 đến hơn 1000.000 Một số enzyme cấu tạo gồm toàn những phân tử L amino acid liên kết với nhau tạo thành, gọi là enzyme một thành phần Đa số enzyme là những protein phức tạp gọi là enzyme hai thành phần Phần không phải protein gọi là nhóm ngoại hay coenzyme Một coenzyme khi kết hợp

 Trung tâm hoạt động của enzyme

Không phải toàn bộ phân tử enzyme tham gia liên kết với cơ chất mà chỉ có một phần nhỏ

liên kết được với cơ chất quyết định hoạt tính xúc tác của enzyme, phần đó gọi là trung tâm hoạt động của enzyme Một phân tử enzyme có thể có một hoặc nhiều hơn trung tâm hoạt động (TTHĐ)

Từ kết quả nghiên cứu về bản chất hoá học, về cấu trúc trung tâm hoạt động , cơ chế tác động, về trung tâm hoạt động chúng ta có thể có một số nhận xét chung về trung tâm hoạt động như sau:

- Là bộ phận dùng để liên kết với cơ chất

- Chỉ chiếm tỉ lệ rất bé so với thể tích toàn bộ của enzym

- Gồm các nhóm chức của amino acid ngoài ra có thể có cả các ion kim loại và các nhóm chức của các coenzyme

Đối với enzyme một thành phần: TTHĐ chỉ gồm những nhóm chức của các amino acid như nhóm hydroxy của serin, carboxyl của glutamic, vòng imidazol… Các nhóm chức của các amino acid có thể xa nhau trong chuỗi polypeptide nhưng nhờ cấu trúc không gian nên nó gần nhau về mặt không gian

Đối với enzyme hai thành phần: TTHĐ cũng như trên, các nhóm chức của các amino acid tham gia tạo thành TTHĐ liên kết với nhau bằng các liên kết hydro Ngoài ra trong TTHĐ của loại này còn có sự tham gia của coenzyme và có thể cả ion kim loại

Theo Fisher TTHĐ có cấu trúc cố định, khi kết hợp với cơ chất để tạo phức E-S ta có thể hình dung giống như chìa khóa và ổ khóa Ngày nay người ta đã chứng minh được rằng: TTHĐ của enzyme chỉ có cấu tạo hoàn chỉnh khi có sự tương tác với cơ chất (thuyết tiếp xúc cảm ứng của Koshland)

III CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME

Phương thức hoạt động của enzyme là làm tăng tốc độ phản ứng thông qua việc làm giảm năng lượng hoạt hóa Ví dụ phản ứng phân hủy H2O2 để giải phóng H2O và O2 Khi có mặt enzym xúc tác là catalasa, tốc độ của phản ứng có thể tăng lên 10.000 lần

Để xúc tác, enzym sẽ kết hợp tạm thời với cơ chất tại TTHĐ tạo nên phức hợp enzym – cơ chất Các nhóm chức của TTHĐ sẽ tác động lên cơ chất để phá vở và hình thành các liên kết mới Phức enzym – cơ chất rất kém bền vững, cơ chất nhanh chóng bị chuyển hóa và giải phóng ra sản phẩm cùng enzym tự do Đối tượng bị biến đổi trong phản ứng chỉ là cơ chất, còn enzym không bị tác động và được tái sử dụng Các loại liên kết chủ yếu được hình thành giữa enzym và cơ chất trong phức là: tương tác tĩnh điện, liên kết hidro, liên kết Van der Waals Mỗi loại liên kết đòi hỏi những điều kiện khác nhau và chịu ảnh hưởng khác nhau khi có nước

Để giải thích khả năng kết hợp của enzym và cơ chất, chúng ta sẽ nghiên cứu hai mô hình

là giả thuyết “ ổ khóa – chìa khóa” và giả thuyết khớp cảm ứng

 Giả thuyết “ ổ khóa – chìa khóa”

Giả thuyết này do Emil Fischer đưa ra năm 1890 Theo ông, TTHĐ của enzym vốn có cấu trúc không gian tương ứng với cấu trúc phân tử cơ chất (tương tự sự tương ứng giữa ổ khóa và chìa khóa) Do phù hợp như vậy nên enzym có thể liên kết với phân tử cơ chất để xúc tác Vì không phải cơ chất nào cũng có cấu trúc phù hợp với TTHĐ nên enzym chỉ xúc cho một số phản ứng và

cơ chất nhất định Điều kiện để E tương tác với cơ chất (S) để tạo thành phức trung gian (E-S) Theo phương trình thì giữa E và S phải có cấu trúc không gian tương ứng phù hợp theo quy tắc chìa khóa và ổ khoá

 Giả thuyết “ khớp cảm ứng”

Ra đời vào năm 1958 do Daniel Koshland đề xuất Theo đó, phân tử enzym không cứng nhắc mà có cấu trúc động Sự tương ứng về cấu hình không gian của TTHĐ và cơ chất chỉ được hình thành trong quá trình enzym tiếp xúc với cơ chất thay vì ngay từ đầu như mô hình của E Fischer Khi tiếp xúc với cơ chất, các nhóm chức ở trong TTHĐ của enzym sẽ thay đổi vị trí trong không gian, tạo thành hình thể khớp với hình thể của cơ chất, quá trình này gọi là “khớp cảm ứng” Đây chính là quan niệm hiện đại về cơ chế hoạt động của enzyme

IV CÁCH GỌI TÊN VÀ PHÂN LOẠI ENZYME

Như ta đã biết mỗi enzyme xúc tác cho mỗi kiểu phản ứng hoá học duy nhất (như oxy hoá một kiểu cơ chất nhất định, thuỷ phân một kiểu liên kết nhất định,vận chuyển một nhóm chất nhất định từ một chất cho đến một chất nhận có địa chỉ, trong đó có cả việc biến đổi chỉ một cơ chất duy nhất), mặt khác còn có một kiểu phản ứng hoá sinh nhất định có thể được xúc tác bằng các enzyme khác nhau

Dựa vào tính đặc hiệu phản ứng của enzyme, năm 1961 tiểu ban enzyme học quốc tế đã trình bày một báo cáo, trong đó có đề nghị những nguyên tắc định tên và phân loại enzyme Người

ta chia enzyme ra làm 6 lớp:

1 Oxydoreductase: các enzyme xúc tác cho các phản ứng oxi hoá-khử

2 Transferase: các enzyme xúc tác cho các phản ứng chuyển vị

3 Hydrolase: các enzyme xúc tác cho các phản ứng thủy phân

4 Lyase: các enzyme xúc tác cho các phản ưng phân cắt không cần nước

5 Isomerase: các enzyme xúc tác cho các phản ứng đồng phân hoá

6 Ligase (synthetase): các enzyme xúc tác cho các phản ứng tổng hợp có sử dụng liên kết giàu năng lượng của ATP v.v

Mỗi lớp chia thành nhiều tổ (dưới lớp), mỗi tổ chia thành nhiều nhóm (siêu lớp)

Tên enzyme thường được gọi: Tên cơ chất đặc hiệu - loại phản ứng xúc tác cộng thêm tiếp

vĩ ngữ -ase

Đứng trước tên enzyme thường có 4 con số: số thứ nhất chỉ lớp, số thứ hai chỉ tổ, số thứ ba chỉ nhóm, số thứ tư chỉ số hạng enzyme trong nhóm

Ví dụ: (2.6.1.1) L.aspartate: α-cetoglutarate aminotransferase

Enzyme này xúc tác cho phản ứng chuyển nhóm amine từ L.aspartate đến α-cetoglutarate L.aspartate +α-cetoglutarate oxaloacetate + glutamate

V CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT ĐỘNG CỦA ENZYME

1 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme [E]

Trong điều kiện dư thừa cơ chất, nghĩa là [S] >>>[E] thì tốc độ phản ứng phụ thuộc vào [S], v= K[E] có dạng y = ax Nhờ đó người ta đã đo [E] bằng cách đo vận tốc phản ứng do enzyme

Hình 2 Sự phụ thuộc của vận tốc phản ứng vào [E]

2 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất [S]

Hình 3 Biến thiên vận tốc phản ứng theo nồng độ cơ chất

Ảnh hưởng của nồng độ enzyme, cơ chất lên tốc độ phản ứng được thể hiện trên hình 3 Từ

đồ thị có thể thấy việc tăng nồng độ cơ chất sẽ làm tăng tốc độ phản ứng Tuy nhiên, sự tăng lên này khôg kéo dài mãi mãi mà sẽ đạt đến một trạng thái bảo hòa Tại đây, dù có tăng thêm nồng cơ chất, tốc độ của phản ứng vẫn sẽ tăng thêm được Tốc độ của phản ứng tại trạng thái bảo hòa cao hay thấp phụ thuộc vào nồng độ enzym Tương ứng với nồng độ enzym cao, ta có tốc độ phản ứng tại điểm bảo hòa lớn Bởi vậy, muốn tốc độ phản ứng vượt qua điểm bảo hòa, cần bổ sung thêm enzyme

3 Ảnh hưởng cuả nhiệt độ

Ta có thể tăng vận tốc của một phản ứng hóa học bằng cách tăng nhiệt độ môi trừơng, hiện

tượng này tuân theo quy luật Vant’-Hoff Điều này có nghĩa khi tăng nhiệt độ lên 10oC thì tốc độ

phản ứng tăng lên khỏang 2 lần

Đối với phản ứng do enzyme xúc tác cũng có thể áp dụng được quy luật này nhưng chỉ trong một phạm vi nhất định,vì bản chất enzyme là protein.Khi ta tăng nhiệt độ lên trên 40-50oC xảy ra quá trình phá huỷ chất xúc tác Sau nhiệt độ tối ưu tốc độ phản ứng do enzyme xúc tác sẽ giảm Nhờ tồn tại nhiệt độ tối ưu người ta phân biệt phản ứng hoá sinh với các phản ứng vô cơ thông thường

Mỗi enzyme có một nhiệt độ tối ưu khác nhau, phần lớn phụ thuộc nguồn cung cấp enzyme, thông thường ở trong khoảng từ 40-60oC , cũng có enzyme có nhiệt độ tối ưu rất cao như các enzyme của những chủng ưa nhiệt Các chủng vi sinh vật ưa nhiệt, đăc biệt các vi khuẩn chịu nhiệt

có chứa enzyme chịu nhiệt cao

Hoạt độ

Nhiệt độ Hình 4 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên họat độ enzyme

4 Ảnh hưởng của pH

Sự phân li khác nhau của một phân tử protein ở các giá trị pH khác nhau làm thay đổi tính chất của trung tâm liên kết với cơ chất và tính chất hoạt động của phân tử enzyme Điều này dẩn đến giá trị xúc tác khác nhau phụ thuộc vào giá trị pH Như đã biết mỗi enzyme có một pH tối ưu,mỗi enzyme có đường biểu diễn ảnh hưởng pH lên vận tốc phản ứng do chúng xúc tác

Ảnh hưởng của giá trị pH đến tác dụng enzyme có thể do các cơ sở sau:

a Enzyme có sự thay đổi không thuận nghịch ở phạm vi pH cực hẹp

b Ở hai sườn của pH tối ưu có thể xảy ra sự phân ly nhóm prosthetic hay coenzyme

c Làm thay đổi mức ion hoá hay phân ly cơ chất

d Làm hay đổi mức ion hoá nhóm chức nhất định trên phân tử enzyme dẫn đến làm thay đổi ái lực liên kết của enzyme với cơ chất và thay đổi hoạt tính cực đại

Đường biểu diễn có dạng như hình sau:

Hình 5 Ảnh hưởng của pH lên hoạt độ của enzyme

5 Ảnh hưởng của chất hoạt hóa

Là chất làm tăng khả năng xúc tác nhằm chuyển hóa cơ chất thành sản phẩm Thông thường là những cation kim loại hay những hợp chát hữu cơ như các vitamin tan trong nươc

6 Ảnh hưởng của các yếu tố khác

Ngoài các yếu tố trên hoạt động của enzyme còn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như:

CHƯƠNG IV: QUANG HỢP

- Quang hợp là sự quang tổng hơp vật chất hữu cơ từ vật chất vụ cơ cú sự hấp thu năng lượng

ỏnh sỏng mặt trời Đõy là một quỏ trỡnh sinh học, chuyển năng lượng ỏnh sỏng thành năng lượng

- Theo nghĩa đen, quang hợp là sự tổng hợp bằng ánh sáng

- Quan điểm hiện đại cho rằng quang hợp là quá trình trong đó cây xanh hấp thụ và biến đổi năng

lượng ánh sáng mặt trời thành ATP và NADH2 để tổng hợp phân tử hữu cơ từ khí CO2 và H2O, giải

phóng oxy vào khí quyển

2 Sự quang hợp là một chuỗi cỏc phản ứng oxy húa khử

Phản ứng oxy húa khử là phản ứng trong đú cú phản ứng khử + phản ứng oxi húa trong đú

một điện tử được thờm vào chất này là do lấy đi từ chất khỏc Hiện nay từ này dựng cho cả những

phản ứng khụng cú oxy tham gia

Điểm cần chỳ ý là: sự khử là chất oxi húa nhận điện tử, dự trữ năng lượng và trở thành chất

khử; ngược lại sự oxy húa là chất khử mất đi điện tử, giải phúng năng lượng thành chất oxy húa

Ánh sỏng

Hỡnh 1 Sự quang hợp là một chuỗi cỏc phản ứng oxi húa khử

CO2 nghốo năng lượng, trong khi đường thỡ giàu năng lượng Do đú, sự quang hợp khụng

những là sự biến đổi năng lượng ỏnh sỏng thành năng lượng húa học mà cũn dự trữ chỳng bằng sự

tổng hợp chất giàu năng lượng Theo từ ngữ húa học, năng lượng được dự trữ bởi sự khử

(reduction), tức là sự thờm vào một hay nhiều điện tử Quỏ trỡnh ngược lại là sự oxy húa

(oxidation), là sự giải phúng năng lượng từ một hợp chất bởi sự lấy đi một hay nhiều điện tử

ASMT, DLT

3 Lá xanh là cơ quan chính của sự quang hợp

Mặc dù sự quang hợp có thể xảy ra ở tất cả những phần xanh của cây có chứa diệp lục tố, nhưng lá chứa nhiều diệp lục tố, nên lá xanh là cơ quan chính của sự quang hợp

- Cấu trúc của lá: Lá được bao bọc bởi một lớp biểu bì (epidermis), bên ngoài được bao phủ bởi một lớp cutin không thấm Thường tế bào biểu bì không có chứa lục lạp nên không có chức năng quang hợp

- Trên biểu bì có nhiều khí khẩu, tại đây có sự trao đổi khí CO2 và O2, cơ chế đóng mở của khí khẩu liên quan đến không bào của hai tế bào khẩu

- Thành phần chính trong cấu cúc lá là lục mô ở giữa 2 lớp biểu bì Gồm lục mô hàng rào (gồm những tế bào hình trụ xếp thẳng đứng) và lục mô khuyết (những tế bào có hình dạng thay đổi và sắp xếp bất định, giữa chúng có những khoảng trống thông ra bên ngoài qua khí khẩu)

- Gân lá thường có 1 lớp tế bào bao quanh bó mạch gồm bó gỗ dẫn truyền nước và bó libe vận chuyển vật chất hữu cơ (sản phẩm quang hợp)

4 Lục lạp là bào quan chính của sự quang hợp

Lục lạp là bào quan trực tiếp đảm nhiệm chức năng quang hợp Những phản ứng trong pha

sáng của sự quang hợp xảy ra ở trên màng thylakoid Những phản ứng trong pha tối của sự quang hợp xảy ra trong phần dịch của chất cơ bản (stroma) bao quanh các túi thylakoid

2 Sắc tố Carotennoid

Là nhóm sắc tố có màu vàng, tím đỏ…, có công thức hoá học C40H56, là một loại [CH2O] chưa bão hoà, có mầu cam, còn goi là tiền sinh tố A vì một phân tử caroten tạo ra 2 phân tử vitamin A Bước sóng hấp thụ từ 446 – 476nm (vai trò là bổ trợ quá trình quang hợp và bảo vệ

diệp luc khỏi sự phân hủy do ánh sáng mạnh)

3 Sắc tố xantophyl

Là dẫn xuất của caroten, có màu vàng, công thức hoá học C40H56On trong đó n chaỵ từ 1-6, bước sóng hấp thụ từ 451-481nm, có trong phần lớn thực vật bậc cao và tảo Hấp thu ánh sáng từ xanh đến tím Nhiệm vụ chính là truyền năng lượng hấp thu được từ ánh sáng mặt trời cho diệp lục

a làm tăng hiệu quả của quang hợp Ngoài ra còn có nhiệm vụ thu hút côn trùng, giúp cho sự thụ phấn hay để phát tán quả và hạt

Hình 3 Quang phổ hấp thụ của chlorophyll a và b ở các bước sóng ánh sáng khác nhau

4 Sắc tố phycobilin

Có ở thực vật bậc thấp sống dưới nước, chẳng hạn như tảo đỏ Trong tế bào, sắc tố này được liên kết với protein nên là proteinphycobilin Hấp thụ bước sóng từ 505-612 nm, vùng ánh sáng lục và vàng, có tác dụng chuyển năng lượng của ánh sáng đến dl a để sử dụng trong quang hợp

III HAI PHA CỦA QUÁ TRÌNH QUANG HỢP

Bằng nhiều thí nghiệm, người ta đã chứng minh được rằng quang hợp gồm có 2 pha: pha sáng và pha tối

1 Pha sáng trong quang hợp: Xảy ra trên màng thylakoid

Pha sáng là một chuỗi phản ứng trong đó có một số phản ứng có sự tham gia của ánh sáng Pha sáng xảy ra vào thời điểm có ánh sáng

Pha sáng quang hợp bao gồm các phản ứng đầu tiên kể từ lúc sắc tố hấp thụ năng lượng ánh sáng, sau đó dự trữ nó trong cấu trúc phân tử sắc tố dưới dạng năng lượng điện tử kích thích, đến các quá trình di trú năng lượng vào trung tâm phản ứng và cuối cùng từ đây năng lượng được biến đổi thành thế năng hóa học

Pha sáng quang hợp gồm 2 giai đoạn:

 Giai đoạn quang vật lý

Giai đoạn quang lý của quang hợp bao gồm quá trình hấp thụ năng lượng và sự di trú tạm thời năng lượng trong cấu trúc của phân tử chlorophyll (diệp lục)

Hình 4 Các phân tử cholophyll trong các trung tâm phản ứng trên màng thylakoid

Diệp lục hấp thu năng lượng ánh sáng (photon), các điện tử của phân tử diệp lục sẽ hấp thụ năng lượng photon, nhảy ra các mức năng lượng cao hơn Thời gian tồn tại của e ở mức năng lượng cao phụ thuộc vào năng lượng photon mà e nhận được, khi năng lượng photon e nhận được

đủ lớn để kích thích e nhảy ra bậc năng lượng cao, tồn tại khá lâu (ở trạng thái bền thứ cấp) thì phân tử diệp lục lúc này ở trạng thái kích thích và có thể tham gia vào quá trình vận chuyển hidro

và điện tử (e) của hệ thống trung gian tới CO2

Quá trình biến đổi trạng thái của sắc tố ở giai đoạn quang lý có thể tóm tắt như sau:

C h l + h γ < - - > C h l * < - - > C h l * *

Trạng thái bình thường Trạng thái kích thích Bền thứ cấp

Ngoài phân tử chlorophyll, trung tâm phản ứng sáng PSI và PSII còn chứa các sắc tố phụ carotenoid, …Các sắc tố khác nhau sẽ hấp thu tốt các bước sóng khác nhau của quang phổ, truyền điện tử và hidro bị kích thích cho diệp lục a trực tiếp tham gia các phản ứng sáng

 Giai đoạn quang hóa

Đây là giai đoạn chlorophyll sử dụng năng lượng photon hấp thụ được vào các phản ứng quang hóa để hình thành nên các hợp chất dự trữ năng lượng và các hợp chất khử Giai đoạn này gồm quá trình quang hóa khởi nguyên, quang phân li nước và phosphorin hóa Tuy nhiên, ta sẽ xét giai đoạn quang hóa một cách tổng thể (không phân riêng thành từng giai đoạn nhỏ) để có thể hiểu

dễ hơn

Sự truyền e- và hidro được tiến hành cùng với sự tham gia của một hệ thống các chất truyền

e phức tạp (chuỗi truyền e) Đó là những chất chứa Fe ở dạng heme (nguyên tử sắt liên kết với vòng phorphyrin) như xitocrom f, xitocrom b6_b3… và dạng không heme như ferredoxin, plastoxianin, plastoquinon… Chuỗi truyền e này nằm trong 2 hệ thống quang hóa: hệ thống quang hóa I và quang hóa II và quá trình truyền e được thực hiện bởi 2 phản ứng sáng: phản ứng sáng I

và phản ứng sáng II

Khi quang tử đập vào các trung tâm phản ứng, nó sẽ kích thích cả 2 trung tâm cùng hoạt động song song (tuy nhiên trong trường hợp cây thiếu nước thì chỉ có hệ thống quang hóa I và trung tâm P700 hoạt động)

Chuỗi truyền điện tử không vòng: Khi quang tử đập vào các phân tử diệp lục ở trung tâm

phản ứng sáng II (P680), điện tử (e-) bị kích động sẽ được dẫn truyền theo con đường sau:

ADP CALVIN CYCLE LIGHT

REACTIONS NADP +

e–

e– NADP + reductase

Fd

NADP +

NADPH + H + + 2 H +

Hình 51 Chuỗi vận chuyển điện tử không vòng

Theo con đường vận chuyển này electron không trở về lại vị trí ban đầu Thực chất quá trình vận chuyển e không vòng bao gồm cả quá trình vận chuyển e vòng Electron từ P 680 sẽ đi qua các chất truyền trung gian đến P700 để bù đắp chỗ e còn thiếu của P700, electron tại P700 sẽ

di chuyển qua lần lượt các chất truyền trung gian tiếp theo và cuối cùng đến NADP+, kết hợp với

H+ trong chất nền để tạo NADPH Điện tử bị thiếu cho P680 sẽ được bù bằng điện tử giải phóng trong quá trình quang phân li nước

Hai phân tử nước sẽ trải qua lần lượt các phản ứng tạo thành 4e- (bù đắp cho P680), 4H+(tham gia vào tạo chất khử) và 1 phân tử oxy thải ra môi trường.(6 lần = 12 ATP)

Chuỗi truyền điện tử vòng: Trong một số điều kiện cụ thể, các điện tử (e) bị kích động sẽ

được dẫn truyền theo con đường sau:

Hình 62 Chuỗi vận chuyển điện tử vòng

Quá trình truyền điện tử này chỉ liên quan đến quang hệ I Sản phẩm thu được trong pha sáng là 2 đến 3 ATP (tuy nhiên trên lý thuyết, người ta thường tính 3 ATP), không có NADPH và không giải phóng oxi phân tử Con đường này được gọi là con đường vận chuyển electron vòng Kết thúc pha sáng của quang hợp, trên lý thuyết, để tạo thành 1 phân tử glucose (tức là chu trình Canvin lặp lại 2 vòng), kết quả của pha sáng tạo thành 18 ATP (gồm 12 ATP ở pha không vòng và 6 ATP ở pha vòng), 12 NADPH và 6 Oxy phân tử (tương ứng tiêu hao 12 phân tử nước)

Phương trình tổng quát:

18ADP + 18 Pi + 12 NADP+ + 12 Nước  18 ATP + 12 NADPH + 6 Oxy phân tử

2 Pha tối trong quang hợp

Năng lượng và lực khử được tạo ra ở trên sẽ đi vào pha tối của quang hợp để thực hiện các phản ứng khử CO2 tạo thành hợp chất hữu cơ Giai đoạn này diễn ra ở chất nền stroma của lục lạp, không cần ánh sáng nhưng liên quan gián tiếp đến ánh sáng

Pha tối ở các thực vật khác nhau sẽ khác nhau Chúng ta chia thực vật thành 3 loại với 3 cơ chế cố định CO2 khác nhau đảm bảo phù hợp với điều kiện sống của từng loại thực vật:

- Thực vật C3

- Thực vật C4

- Thực vật CAM

Tuy nhiên, cả 3 loại thực vật này đều trải qua cùng 1 chu trình cơ bản là chu trình Calvin

2 1 Chu trình Canvin - Chu trình C3

Quan sát hình ta có thể thấy chu trình Canvin gồm 3 giai đoạn cơ bản:

- Giai đoạn 1: giai đoạn cố định carbon (bằng rubisco) Ở giai đoạn này CO2 bị khử để hình thành nên sản phẩm đầu tiên của quang hợp là acid phosphoglyceride

- Giai đoạn 2: giai đoạn khử Giai đoạn này axit diphosphoglyceric (APG) bị khử để tạo thành aldehyd phosphoglyceric (AlPG) với sự tham gia của ATP và NADPH

Tuy nhiên để tạo được 1 phân tử glucoz thì cần phải có 2 C3, có nghĩa là cần phải có 6 CO2tham gia pha tối (chu trình Calvin quay 2 vòng)

Và chu trình này cũng chính là chu trình cố định CO2 ở cây C3 Các cây này thường sống ở vùng ôn đới, nồng độ CO2 cao (nên nhớ rằng RiDP có hoạt tính với cả oxi và CO2)

2.2 Chu trình Hatch_Slack hay chu trình C4

Không phải tất cả các thực vật trên trái đất đều có cùng một điều kiện sống như nhau và không phải lúc nào nồng độ CO2 cũng đủ cao để đảm bảo tốt quá trình quang hợp xảy ra Thực vật

ở những vùng nhiệt đới nóng, thiếu nước, nồng độ CO2 không cao… đã thích nghi theo một hướng mới phù hợp với điều kiện sống, đảm bảo năng suất tốt Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu về hướng thích nghi đặc biệt này

Hình 94 Cấu tạo giải phẫu lá thực vật C3 và C4

Ở Thực vật C3, quá trình quang hợp chỉ diễn ra ở tế bào mô giậu (cả pha sáng và tối) chính

vì thế khi nồng độ CO2 thấp, O2 được thải ra trong pha sáng cao làm ức chế vai trò cacboxylaz của enzim Rubisco, lúc này, Rubisco (enzyme đặc biệt có 2 hoạt tính: oxygendase và cacboxylase) sẽ

sử dụng O2 để làm cơ chất cho hoạt tính oxigendase, tiêu hao nhiều năng lượng và sản phẩm quang hợp, chính vì thế năng suất cây trồng không cao

Đối với thực vật C4, quá trình quang hợp diễn ra ở 2 không gian hoàn toàn cách biệt nhau (pha sáng và quá trình cố định CO2 diễn ra ở tế bào mô giậu, quá trình khử CO2 và chu trình Calvin diễn ra ở tế bào bao bó mạch), đảm bảo nồng độ CO2 trong tế bào bao bó mạch luôn cao nên Rubisco đảm bảo được hoạt tính cacboxylaza của mình Ở tế bào mô giậu, enzim PEP_carboxylase có ái lực với CO2 cao gấp 100 lần so với Rubisco nên quá trình cố định CO2 vào chất trung gian luôn diễn ra mặc dù ở nồng độ rất thấp

Nhờ đặc điểm đặc biệt này, thực vật C4 không xảy ra hô hấp sáng và khả năng sử dụng nước tinh tế hơn C3 rất nhiều

2.3 Con đường cacbon ở thực vật CAM

Thực vật CAM là những thực vật sống ở nơi khô nóng như hoang mạc,… ban ngày nhiệt

độ rất cao và ban đêm nhiệt độ giảm thấp, biên độ nhiệt ngày đêm lớn Chính vì vậy khí khổng không thể mở vào ban ngày để thực hiện quá trình cố định CO2 (nếu khí khổng mở để trao đổi CO2đồng nghĩa với việc quá trình thoát hơi nước diễn ra mạnh mẽ) Thực vật CAM bắt buộc thích nghi theo hướng phân hóa về thời gian: ban ngày khép khí khổng thực hiện quá trình khử CO2, ban đêm khí khổng mở để lấy CO2 từ môi trường vào

Thực vật CAM đóng kín các khí khổng trong thời gian ban ngày nhằm giữ gìn nước bằng cách ngăn cản quá trình thoát-bốc hơi nước Các khí khổng sẽ được mở ra vào thời gian ban đêm lạnh và ẩm hơn, cho phép chúng hấp thụ điôxít cacbon để sử dụng trong quá trình cố định carbon Quá trình này được bắt đầu khi hợp chất 3- cacbon là phosphoenol pyruvate được cacboxylat hóa thành oxaloacetate và nó sau đó bị khử để tạo ra malate Thực vật CAM lưu trữ các trung gian 4-carbon này cùng các hợp chất hữu cơ đơn giản khác trong các không bào của chúng Muối malat

dễ dàng bị phá vỡ thành pyruvate và CO2, sau đó pyruvate được photphorylat hóa để tái sinh photphoenolpyruvate (PEP) Trong thời gian ban ngày, axít malic bị chuyển ra khỏi các không bào

và bị phân tách ra để tạo thành CO2 sao cho nó có thể được enzym RuBisCO sử dụng trong chu trình Calvin-Benson trong chất nền đệm của lạp lục Bằng cách này nó làm giảm tốc độ thoát-bốc hơi nước trong quá trình trao đổi khí, CAM cho phép các loài thực vật này có thể phát triển bình thường trong các điều kiện môi trường mà nếu khác đi thì là quá khô hạn đối với sự phát triển của chúng, hay ít nhất ra là làm cho chúng có thể chịu đựng được các điều kiện cực kỳ khô hạn

Ở một vài phương diện, CAM tương tự như kiểu quang hợp C4, ngoại trừ một điều là thực vật CAM không chứa các tế bào bó màng bọc Thực vật C4 bắt CO2 trong một kiểu mô tế bào (thịt lá)

và sau đó di chuyển nó tới kiểu mô khác (các tế bào bó màng bao) sao cho quá trình cố định cacbon có thể diễn ra thông qua chu trình Calvin-Benson Ngoài ra, trao đổi chất C4 diễn ra liên tục khi còn có ánh nắng, trong khi CAM chỉ diễn ra ban đêm Vì thế, trao đổi chất C4 về mặt tự nhiên là tách rời cố định CO2 ra khỏi chu trình Calvin-Benson, trong khi trao đổi chất CAM tạm thời tách rời cố định CO2 ra khỏi chu trình này

Thực vật CAM có khả năng giữ nước rất tốt, cũng như rất hiệu quả trong việc sử dụng nitơ Tuy nhiên, chúng là không hiệu quả trong việc hấp thụ CO2, do vậy chúng là các loại cây phát triển chậm khi so sánh với các loài thực vật khác Ngoài ra, thực vật CAM cũng tránh quang hô hấp Enzym chịu trách nhiệm cố định cacbon trong chu trình Calvin, Rubisco, không thể phân biệt

CO2 với oxy Kết quả là thực vật sử dụng năng lượng để phá vỡ các hợp chất carbon Quá trình tốn kém này diễn ra khi nồng độ oxy bên trong lá là quá cao, cụ thể là trong các thực vật C3

Bảng 1: So sánh sự cố định CO2 ở 3 kiểu thực vật C3, C4, CAM

CO2 kết hợp với RuBPCO CO2 kết hợp với phosphoenol CO2 kết hợp với

phosphoenolpyruvat Chất trung gian đầu tiên là

phosphoglycerate (3C)

Malate hoặc aspartate (4C) Malate (4C)

Cố định CO2 và chu trình

Calvin Benson

xảy ra vào ban ngày (ngay sau

khi pha sáng kết thúc) trong tế

Mất nhiều nước do khí khẩu

nhiều và tế bào khẩu mở vào

phosphoryl hóa không vòng vì

cần NADPH trong chu trình

Calvin Benson

Không cần sự quang phosphoryl hóa không vòng để tổng hợp NADPH vì trên màng thylakoid có rất ít hệ thống quang II nên lượng O2

Ở đa số các loài sinh vật, glucose bị oxy hoá hoàn toàn tạo ra sản phẩm cuối cùng là CO2

và nước, quá trình này được gọi là quá trình hô hấp hiếu khí Ngược lại, ở một số loài vi khuẩn, glucose chỉ bị phân huỷ một phần tạo ra các sản phẩm trung gian là rượu etylic hoặc axit lactic, quá trình này được gọi là quá trình hô hấp kị khí hay lên men Cả 2 quá trình trên đều có giai đoạn đầu giống nhau được gọi là giai đoạn đường phân Có thể sơ đồ hoá quá trình hô hấp như sau

Glucose

Pyruvate Thiếu Oxy  lên men Đủ oxy  hô hấp hiếu khí

CO2, C2 H5 OH, C3H4O3 CO2 + H2O + NL

II QÚA TRÌNH ĐƯỜNG PHÂN: Sơ đồ của quá trình đường phân như sau

Đường phân là một chuỗi phản ứng phân giải kị khí xảy ra ở chất nguyên sinh Quá trình này gồm 10 phản ứng và được chia thành 2 giai đoạn với những đặc trưng sau:

- Đây là quá trình phân giải kỵ khí không sử dụng oxy phân tử

- Giai đoạn 1: để khởi động quá trình đường phân, tế bào phosphoryl hoá phân tử glucose bằng cách dùng 2 phân tử ATP để hoạt hoá phân tử đường

- Giai đoạn 2: tổng hợp được 4 phân tử ATP, 2 phân tử coenzyme khử NADH+ và H+ và 2 phân tử pyruvate dạng oxy hoá của axit pyruvic

Có thể hình dung quá trình đường phân theo sơ đồ hình 1

Ở các sinh vật kị khí (phần lớn là vi khuẩn), đường phân là phương thức duy nhất để tế bào tạo năng lượng dưới dạng ATP cho mọi hoạt động sống Trong cơ thể hiếu khí (thực vật, động vật, nấm…), đường phân là bước đầu tiên trong quá trình phân giải hoàn toàn thức ăn, đặc biệt là phân giải glucose thành CO2 và H2O để chiết rút năng lượng

Trong các cơ thể hiếu khí, sau quá trình đường phân, nếu có mặt của oxy phân tử sẽ xảy ra

hô hấp hiếu khí hay còn gọi là hô hấp oxy hoá, trong đó oxy là chất nhận điện tử và hydro từ NADH++H+ do đường phân tạo ra để hình thành nước, nếu không có oxy phân tử sẽ xảy ra quá trình hô hấp kị khí hay còn gọi là lên men

Đường phân

ATP ADP ATP ADP

Glucose Glucose–6P → Fructose–6P Fructose 1,6diP

Axit 1,3diphosphoglyceric (A-1,3DPG)

ADP

ATP

Axit 3phosphoglyceric (A-3PG)

Axit 2phosphoglyceric (A-2PG) ATP ADP

Axit pyruvic (AP) Axit phosphoenol pyruvic (PEP)

Hình 1 Sơ đồ quá trình đường phân

III LÊN MEN

Sau quá trình đường phân, nếu gặp điều kiện môi trường thiếu oxy thì sẽ xảy ra quá trình lên men Quá trình lên men xảy ra chủ yếu ở một số loại vi khuẩn và nó được ứng dụng rất phổ biến trong sản xuất và trong đời sống hàng ngày Quá trình này không tạo ra năng lượng dưới dạng ATP mà năng lượng được giải phóng dưới dạng nhiệt thải ra môi trường Sau đây xin giới thiệu hai hình thức lên men thường gặp là lên men rượu và lên men lactic

1 Lên men rượu

Mỗi phân tử pyruvat được tạo ra ở quá trình đường phân, qua hai phản ứng sẽ tạo ra được một phân tử rượu etylic và một phân tử CO2 Quá trình này sử dụng NADH + H+ được sinh ra ở đường phân đồng thời tái tạo lại NAD+ quay trở về đường phân

Trong thực tế người ta ứng dụng hiện tượng lên men rượu để sản xuất bánh mì, sản xuất bia, rượu, cồn…

Quá trình lên men rượu không chỉ đặc trưng cho nấm men mà còn đặc trưng cho cả thực vật Trong các mô của thực vật, ở điều kiện yếm khí đã xảy ra hiện tượng lên men rượu Khi đó rượu được tích luỹ trong mô, đồng thời nhiệt được sinh ra làm cho môi trường xung quanh nóng lên Hiện tượng này làm ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng, phát triển của thực vật, đồng thời làm giảm chất lượng của nông sản Trong thực tiễn sản xuất, đặc biệt là trong quá trình thu hoạch và bảo quản nông sản, ta cần chú ý đến môi trường bảo quản để hạn chế hoạt động của quá trình lên men rượu

2 Lên men lactic

Sau quá trình đường phân, nhờ sự xúc tác của enzyme lactat dehydrogenaza, pyruvat bị khử bởi NADH và H+ được sinh ra ở đường phân để tạo thành axit lactic, đồng thời tái tạo lại NAD+quay trở lại quá trình đường phân

Trong thực tế quá trình lên men lactic được ứng dụng khá rông rãi như để sản xuất phomat, sữa chua, muối dưa cà, làm dấm ăn, ủ chua thức ăn cho gia súc…

Ở người và động vật, khi hoạt động với cường độ cao, mô không cung cấp đủ oxy cũng sẽ xảy

ra quá trình lên men lactic Khi đó axit lactic sẽ được tạo ra trong tế bào gây ra sự mệt mỏi, nếu lượng axit lactic nhiều sẽ gây ra hiện tượng chuột rút

IV QÚA TRÌNH HÔ HẤP HIẾU KHÍ

Hô hấp hiếu khí là kiểu hô hấp mà chất nhận điện tử cuối cùng là oxy phân tử vì vậy nó còn gọi là hô hấp oxy hoá Quá trình này được thực hiện trong ty thể và gồm hai giai đoạn

1 Giai đoạn 1 – Quá trình oxy hoá pyruvate

Pyruvate được tạo ra trong tế bào chất (ở quá trình đường phân) sẽ đi vào ty thể của tế bào nhân chuẩn, tại đây nhờ sự xúc tác của enzyme pyruvat dehydrogenaza, nhóm COO- được tách ra khỏi pyruvat, phần còn lại là gốc acetyl có hai nguyên tử các bon kết hợp với CoA để tạo phức acetyl-CoA, đồng thời lúc này coenzym NAD+ của môi trường bị khử bởi nhận một điện tử của pyruvat và một nguyên tử hydro của CoA để tạo NADH và H+

2 Giai đoạn 2 - Oxy hoá Acetyl-CoA và chu trình Krebs

Chu trình này được gọi là chu trình Krebs vì nó được Hans Krebs phát hiện ra vào năm 1937

và được nhận giải thưởng Nobel vào năm 1953 Chất tiếp nhận nhóm acetyl là axit oxaloacetic có

4 các bon và chất đầu tiên được tạo ra trong chu trình là axit citric có 6 các bon, vì vậy chu trình

Hình 2 Sơ đồ lên men rượu và lên men lactic

này còn được gọi là chu trình axit citric Chu trình này bao gồm 10 phản ứng, chia làm hai giai đoạn

* Giai đoạn 1: Gọi là giai đoạn chuẩn bị gồm 3 phản ứng, giai đoạn này chưa tạo ra năng

lượng, bắt đầu từ phức acetyl-CoA, kết thúc là hợp chất isocitrate

* Giai đoạn 2: Gọi là giai đoạn chiết rút năng lượng, giai đoạn này có những phản ứng tạo

ra năng lượng dưới dạng ATP, NADH+, H+ hoặc FADH2 Giai đoạn này bắt đầu từ isocitrate và kết thúc là phân tử oxaloacetate (dạng ion hoá của axit oxaloacetic)

Hình 3 Chu trình Kreb

Như vậy, qua sơ đồ ta thấy từ một phân tử acetyl-CoA đi vào chu trình Krebs sẽ tạo ra: 1 phân tử ATP, 3 NADH và H+, 1 FADH2 và 2 phân tử CO2

V HÓA THẨM TỔNG HỢP ATP TRONG HÔ HẤP

Như đã trình bày ở trên, các coenzyme khử NADH, H+ và FADH2 được sinh ra trong quá trình đường phân và trong chu trình Krebs sẽ mang hydro đến hệ truyền điện tử ở màng trong ty thể, tại đây nó bị oxy hoá tạo ra H+ và điện tử H+ được đẩy vào xoang trung gian giữa hai lớp màng của ty thể, còn điện tử được chuyển cho hệ thống các chất truyền điện tử trên màng trong ty thể và cuối cùng chuyển vào xoang ty thể kết hợp với oxy và H+ tạo thành nước Nồng độ H+ trong xoang giữa hai lớp màng của ty thể ngày càng cao, tạo thành dốc điện hoá H+ sẽ vận động qua kênh protein đặc biệt vào trong xoang ty thể, năng lượng được tạo ra do sự chuyển động của dòng H+ sẽ được sử dụng để tổng hợp ATP từ ADP và Pi, quá trình này có sự xúc tác của enzyme ATP synthetase

Hình 4 Hóa thẩm trong tổng hơp ATP ở ty thể

Bảng 1: So sánh quá trình quang hợp và hô hấp

Nguồn năng lượng

Năng lượng tạo thành

Phản ứng

Chất mang năng lượng

Tế bào có chlorophyll Khi có ánh sáng (pha sáng)

CO2, H2O Chất hữu cơ, O2, H2O Ánh sáng

Năng lượng dự trữ

Sự khử của các hợp chất carbon

NADPH

Tất cả tế bào Mọi thời điểm Hợp chất hữu cơ và O2

CO2 và H2O Liên kết hóa học ATP

Sự oxy hóa các hợp chất carbon

NADH và FADH2

PHẦN III: SINH HỌC CƠ THỂ

………

A MỤC TIấU

- Sinh viờn hiểu và phõn biệt được cỏc hỡnh thức sinh sản ở sinh vật

- Cung cấp kiến thức sinh học cơ thể, cỏc loại mụ ở động và thực vật, hoocmon sinh trưởng và phỏt triển

- Cỏc quỏ trỡnh cảm ứng – thớch nghi cú ở sinh vật

B NỘI DUNG

CHƯƠNG I: CÁC HèNH THỨC SINH SẢN PHỔ BIẾN CỦA SINH VẬT

I SINH SẢN Vễ TÍNH

 Định nghĩa: Sinh sản vụ tớnh là hình thức sinh sản không có sự kết hợp tính đực và tính

cái, cơ thể mới được sinh ra trực tiếp từ cơ thể mẹ bằng hình thức phân chia hoặc từ một tế bào gọi

là bào tử

- ở các động vật đơn bào, chủ yếu sinh sản bằng hình thức phân chia tế bào

- ở thực vật và vi nấm, sinh sản vô tính bằng bào tử: Bào tử cũng là một tế bào có cấu trúc như các tế bào bình thường khác, nhưng có bộ NST đơn bội, và có khả năng kết bào xác khi gặp điều kiện bất lợi

 Cỏc hỡnh thức sinh sản vụ tớnh

1 Sự phõn đụi

Sự phân đôi cơ thể trưởng thành là hình thức sinh sản phổ biến nhất của những sinh vật bậc thấp như thực vật và động vật đơn bào Cơ thể mẹ tự co thắt ở giữa rồi tách làm 2 phần giống nhau, mỗi phần sẽ lớn dần lên cho tới lúc bằng mẹ Sự phân đôI tế bào bao gồm cả chất nguyên sinh, các bào quan và nhân Nhân của cá thể con vẫn giữ nguyên số nhiễm sắc thể là 2n, như của

mẹ Ví dụ như ở trùng roi (Euglena), trùng đế giầy (Paramecium) và trùng biến hình (Amip)

Hỡnh 1 Sinh sản phõn đụi

Khi gặp điều kiện sống thuận lợi thì sự phân đôi thực hiện rất nhanh Ví dụ, vi khuẩn gây bệnh tả chỉ cần 30 giờ là có thể sinh sản con, cháu, chắt đủ để phủ kín mặt đất, nếu không bị các tác nhân bất lợi tiêu diệt; trùng cỏ cứ 16 đến 24 giờ lại phân đôi một lần

Vônvốc) Trong các cơ thể đa bào, những tế bào sống tự do như bạch cầu, cũng sinh sản bằng phân đôi

2 Sinh sản sinh dưỡng

2.1 Sinh sản sinh dưỡng ở động vật

Có 2 dạng sinh sản sinh dưỡng hay gặp ở động vật (phần lớn là động vật bậc thấp) là sự nảy chồi và sự tái sinh

2.1.1 Sự nảy chồi

Một phần nhỏ của cơ thể mẹ có thể lớn nhanh hơn những vùng lân cận, để trở thành một cơ thể mới Sau đó, cơ thể con có thể tiếp tục sống bám trên mình cơ thể mẹ hoặc tách hẳn thành một cá thể độc lập

Ví dụ, sự nảy chồi ở thuỷ tức ở thực vật, bèo tấm cũng sinh sản bằng nảy chồi

Hỡnh 2 Thủy tức nảy chồi

2.1.2 Sự tỏi sinh

ếch, nhái, kỳ nhông nước, thằn lằn, sao biển, tôm, cua đều có khả năng mọc đuôi hoặc chi mới, để thay thế đuôi hoặc chi bị mất do tai nạn Khả năng tái sinh đó nếu đạt mức độ cao, có thể xem như là một dạng sinh sản vô tính

Ví dụ, khi bọt biển, thuỷ tức, sao biển, đỉa biển Planaria bị cắt thành nhiều mảnh vụn, mỗi mảnh sẽ mọc những phần còn thiếu để tạo lại ,một cơ thể nguyên vẹn mới

Hỡnh 3 Tỏi sinh

2.2 Sinh sản sinh dưỡng ở thực vật

2.2.1 Sinh sản sinh dưỡng tự nhiên

Trong thiên nhiên, thực vật bậc cao có khả năng tạo những cơ thể mới từ một phần của thân

bò (rau má), thân rễ (cỏ gấu), thân củ (khoai tây), thân hành (củ hành), rễ củ (khoai lang), lá (cây lá bỏng)

2.2.2 Sinh sản sinh dưỡng nhân tạo

sẽ được gốc nuôi dưỡng thành cây mới

Ghép là một hình thức nhân giống giản đơn và có ích Hai cây dùng để ghép có thể cùng loài hoặc cùng giống, nhưng khác nhau về sức chịu rét, chịu khô, chịu mặn cũng như về năng suất và phẩm chất của củ, quả, hoa, lá

Ghép thành công là tạo được những cây ghép có các đặc tính mà ta cần Ví dụ, cành ghép vẫn giữ khả năng cho quả to, ngọt, ngon còn gốc ghép giúp cành ghép có thêm khả năng chịu rét và chịu hạn

Có nhiều kiểu ghép như ghép áp, ghép nối, ghép nêm, ghép dưới vỏ, ghép mắt

Trong những năm gần đây, các phương pháp sinh sản sinh dưỡng nhân tạo đã đạt được nhiều thành tựu lớn Tiêu biểu nhất là phương pháp giâm cành đã ngâm trong các chất kích thích có khả năng thúc đẩy quá trình mọc rễ phụ, nhờ đó mà rút ngắn thời gian tạo cây mới (chanh bốn mùa) Cũng nhờ dùng chất kích thích nhân tạo, các nhà khoa học đã tạo được hàng loạt cây con từ bất cứ bộ phận sinh dưỡng nào của cây mẹ như trong kỹ thuật nhân giống nhanh cây phong lan

2.3 Nuụi cấy mụ

2.3.1 Cơ sở sinh học của việc nuôi cấy mụ

 Khỏi niệm:

Nuụi cấy mụ tế bào là phương phỏp tỏch rời mụ, tế bào đem nuụi cấy trong mụi trường thớch hợp và cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng để chỳng tiếp tục phõn bào rồi biệt húa thành mụ,

cơ quan và phỏt triển thành cõy mới

Tế bào thực vật cú tớnh toàn năng:

+ Mọi tế bào đều cú cựng hệ gen

+ Mọi tế bào đều cú khả năng sinh sản vụ tớnh

 Quy trỡnh nuụi cấy mụ thực vật: cú bốn cỏch nuụi cấy mụ

● Nuụi cấy đỉnh sinh trưởng

● Nuụi cấy chồi đỉnh

● Nuụi cấy chồi nỏch

● Nuụi cấy từ chồi bất định( callus)

í nghĩa của việc nuụi cấy mụ:

- Cú thể nhõn giống cõy trồng ở quy mụ lớn, kể cả cỏc đối tượng khú nhõn giống bằng phương phỏp thụng thường

- Hệ số nhõn giống cao, tiết kiệm vật liệu giống

- Cho ra sản phẩm đồng nhất về mặt di truyền

- Nguyờn liệu nuụi cấy sạch bệnh sẽ cho sản phẩm hoàn toàn sạch bệnh

- Chọn vật liệu nuụi cấy:

+ Vật liệu nuụi cấy thường là tế bào ở cỏc đỉnh sinh trưởng của rễ, thõn, lỏ

+ Vật liệu nuụi cấy khụng bị nhiễm bệnh( đặc biệt là nhiễm virus)

- Quy trỡnh cụng nghệ nhõn giống bằng nuụi cấy mụ tế bào

+ Chất khử trựng thường là cồn 70 độ, hypoclorit, sodiumcitrate,…

+ Tạo chồi trong mụi trường nhõn tạo:

Mẫu được nuụi cấy trong mụi trường dinh dưỡng nhõn tạo để tạo chồi

Mụi trường dinh dưỡng nhõn tạo thường dựng trong nuụi cấy mụ là mụi trường MS

(Murashige và Skoog)

+ Tạo rễ

Khi chồi đó đạt tiờu chuẩn về kớch thước( chiều cao) thỡ tỏch chồi và chuyển sang mụi trường tạo rễ NAA,2,4D(Auxin)…Trong mụi trường tạo rễ cú bổ sung chất kớch thớch sinh trưởng như IBA, …

+ Cấy cõy trong mụi trường thớch hợp

Sau khi chồi cõy đó ra rễ, tiến hành cấy cõy vào mụi trường thớch hợp

Nuụi dưỡng trong điều kiện mụi trường thớch hợp

+ Chuyển ra ngoài vườn ươm: Cõy nuụi cấy mụ sau khi lớn đến một mức độ nhất định sẽ được chuyển ra ngoài vườn ươm

+ Chuyển ra đồng ruộng: cõy nuụi cấy mụ sau khi qua giai đoạn vườn ươm cú thể đem ra trồng ở đồng ruộng, nơi cú điều kiện tự nhiờn thớch hợp cho cõy sống tự dưỡng Nhiều giống cõy đó được nuụi cấy mụ thành cụng: khoai tõy, sỳplơ, cà phờ, hoa lan, cẩm chướng, dứa, dõu tõy

 Nuôi cấy mô ( động vật) thông thường gồm 2 khâu:

- Nuôi mô sống ngoài cơ thể

- Tế bào, mô và cả cơ quan tuy là một phần của cơ thể, nhưng vẫn còn giữ phần nào tính độc lập (tớnh toàn năng) Nếu ta tạo một môi trường sống thích hợp và cung cấp chất dinh dưỡng đầy đủ, gần như trong cơ thể, mô có thể tiếp tục sống và phân bào để tự đổi mới Mô của một số thực vật còn có thể phát triển thành những cây hoàn chỉnh

- Ghép mô vào cơ thể

Việc ghép chỉ thành công khi mô ghép và cơ thể nhận có sự chấp nhận nhau và không kị nhau

Điều kiện này rất quan trọng vì mỗi cơ thể đều có tính miễn dịch đối với những prôtêin lạ (hàng rào sinh học)

Khi mô lạ được ghép vào cơ thể nhận, cơ thể nhận có thể sản xuất những kháng thể để tiêu diệt hoặc ức chế các tế bào của mô ghép Vì vậy, muốn ghép thành công có thể sử dụng phương pháp

Nếu chuyển mô ghép cho một cơ thể xa lạ (dị ghép) thì sẽ không đạt kết quả

2.3.2 í nghĩa của việc nuôi, cấy và ghép mô

Việc nuôi cấy và ghép mô có ý nghĩa lớn trong nông nghiệp cũng như trong y học: ghép da

để thay những chỗ da bị bỏng, bị giập nát; thay giác mạc mắt đã bị đục; thay thận bị suy nhược

Kỹ thuật thụ tinh nhân tạo ngoài cơ thể, nuôi hợp tử thành phôi và cấy trở lại tử cung của cơ thể gia súc quí và người, là một thành tựu kỳ diệu của công nghệ sinh học hiện đại

Cấy phôi tạo ra những triển vọng lớn giúp con người làm chủ sinh đẻ và cải tạo nòi giống, trước mắt là tăng số con của gia súc quí cho năng suất cao (thịt, sữa) góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống, ngoài ra việc cấy phôi còn giúp người vô sinh có con

3 Sinh sản bằng bào tử

- Cơ thể mới được sinh ra từ một tế bào gọi là bào tử Bào tử có thể được hình thành từ ngay tế bào cơ thể mẹ (tảo lục đơn bào) hoặc từ một cơ quan riêng biệt của cơ thể mẹ gọi là túi bào tử (dương xỉ) Bào tử có thể không di động được, chúng được phát tán đi nhờ gió, nước; hoặc có thể

di chuyển được trong nước nhờ roi Khi gặp điều kiện thuận lợi, bào tử sẽ nảy mầm thành cơ thể mới Với hình thức sinh sản bằng bào tử, một cá thể mẹ có thể sinh ra rất nhiều cá thể con Các cá thể con đều giống nhau và có bộ nhiễm sắc thể được “sao chép” nguyên vẹn từ bộ nhiễm sắc thể của cơ thể mẹ nên hầu như đều lặp lại những tính chất của cơ thể mẹ

 Khỏi niệm sinh sản hữu tớnh

Sinh sản hữu tính là hình thức sinh sản cần có sự kết hợp của 2 tế bào gọi là giao tử Các giao tử có thể chưa phân hoá rõ rệt hoặc đã phân hoá rõ rệt thành trứng và tinh trùng

Sự kết hợp giữa 2 giao tử sẽ tạo thành 1 hợp tử Hợp tử phát triển thành cơ thể con

 Đặc điểm

Trong sinh sản hữu tính, cơ thể con nhận một nửa vật chất di truyền từ cơ thể cái và một nửa từ cơ thể đực nên kết hợp được những đặc tính tốt của hai bên, khả năng thích nghi cao hơn, phân bố rộng hơn

1.1 Cấu tạo của hoa

Hoa là cơ quan sinh sản hữu tính ở TV hạt kín (gồm cây 2 lá mầm và 1 lá mầm)

- Hoa là một chồi cành đặc biệt, sinh trưởng có hạn và mang những biến thái làm nhiệm vụ sinh sản

- Mỗi hoa đều có 1 cuống hoa, phát sinh từ nách lá, gọi là lá bắc Đầu cuống hoa phình to, loe rộng thành đế hoa Trên đế hoa mang các bộ phận chính của hoa gồm:

Đài hoa, tràng hoa, bộ nhị và bộ nhụy của hoa

1.1.1 Đài hoa

Là vòng ngoài cùng của hoa, gồm các mảnh màu lục, giống lá những hình dạng phần lớn

đã thay đổi, gọi là lá đài, có tác dụng bảo vệ cho mầm hoa truớc khi nở

Các lá đài có thể rời nhau hoặc dính nhau ở bên dưới tạo thành ống đài, phía trên rời nhau

là các thuỳ đài Khi hình thành quả, đài thường trên quả Đôi khi biến đổi thành chùm lông tơ hoặc thánh cánh của quả làm bộ phận phát tán

1.1.4 Bộ nhụy hoa

Bộ nhuỵ hoa là cơ quan sinh sản cái của hoa, do các lá noãn làm thành Cấu tạo của nhụy bao gồm ba phần: Bầu nhụy, vòi nhụy và đầu nhụy

+ Đầu nhụy là nơi tiếp nhận hạt phấn, thường có chất nhày để dính hạt phấn thuận lợi vào tạo

điều kiện cho hạt phấn nảy mầm

+ Vòi nhuỵ là một ống làm nhiệm vụ dẫn dắt đưa hạt phấn từ đầu nhuỵ qua vòi nhụy tới bầu nhuỵ

+ Bầu nhuỵ là nơi chứa noãn, có nhiều hình dạnh khác nhau: cầu, trái xoan, hình trụ dài … Bầu có thể nằm trên đế hoa, nằm chìm trong đế hoa hoặc chìm một phần trong đế hoa

- Cách biểu diễn hoa thức:

+ Biểu diễn trên một hàng ngang, các chữ kí hiệu của các bộ phận được viết theo thứ tự từ ngoài vào trong Sau mỗi chữ ghi con số chỉ số lượng bộ phận của mỗi vòng

Ví dụ: Tràng hoa 5 cánh: C5

Nhị hai vòng, mỗi vòng 5: A5 +5

+ Khi các bộ phận dính liền nhau, ví dụ tràng cánh hợp thì người ta viết chỉ số của nó vào trong dấu ngoặc đơn: C(5)

+ Nếu các bộ phận của hoa nhiều và chưa cố định, ta dùng dấu vô cực: ∞

+ G: Bầu dưới; G: Bầu trên; G - : Bầu giữa

+ Nếu hoa đều, có đối xứng toả tròn, có dấu hoa thị đằng trước (*) Nếu hoa không đều có hình mũi tên đi lên đằng trước (↑)

VD: Hoa huệ: *P(3+3)A3+3G(3) : Bao hoa có hai vòng, mỗi vòng 3, dính nhau Nhị cũng xếp thành hai vòng, mỗi vòng 3 Bộ nhụy gồm 3 lá noãn dính lại với nhau thành bầu dưới, hoa đều

 Hoa đồ

- Là sơ đồ biểu diễn hoa bằng các biểu tượng

Hỡnh 5 Hoa đồ

1.2 Sự hỡnh thành giao tử

1.2.1 Quỏ trỡnh phỏt sinh thể giao tử ( hạt phấn)

Thể giao tử đực được hình thành trong nhị Bao phấn chứa bốn túi phấn, trong mỗi túi phấn chứa nhiều tế bào mẹ bào tử lưỡng bộ (2n) Mỗi tế bào này trải qua một lần phân bào giảm nhiễm tạo ra bốn tế bào con đơn bội (n) gọi là tiểu bào tử, mỗi tiểu bào tử đơn bội trải qua một lần phân bào nguyên phân cho ra hai tế bào không cân đối nhau, có vách dày chung bao bọc Tế bào bé hơn

là tế bào sinh sản, tế bào lớn hơn là tế bào ống phấn Cấu tạo hai tế bào có cùng vách dày chung bao bọc như vậy là hạt phấn (thể giao tử đực)

TB tiểu bào tử TB hạt phấn

Hỡnh 6 Sơ đồ hỡnh thành hạt phấn

1.2.2 Quỏ trỡnh phỏt sinh thể giao tử cỏi (tế bào trứng trong tỳi phụi)

Trong mỗi noãn của bầu nhuỵ hoa có tế bào mẹ đại bào tử (2n) (tế bào trung tâm) Tế bào này trải qua phân bào giảm phân cho ra bốn bào tử đơn bội Ba trong số này bị phân rã chỉ để lại một bào tử hoạt động Bào tử này nguyên phân lần đầu cho hai nhân, chúng đi về hai cực của tế bào bị kéo dài ra (túi phôi) Sau dó, mỗi nhân ở mỗi cực Từ mỗi cực có một nhân đi vào tâm túi phôi, hợp thành nhân thứ cấp lưỡng bội (2n)

Ba nhân còn lại ở mỗi cực sẽ được bọc một lớp chất tế bào và trở thành các tế bào ở cực, ở

đầu phía lỗ noãn của túi phôi, một tế bào nằm giữa là noãn cầu (giao tử cái), còn hai tế bào kia là trợ bào, có kích thước nhỏ hơn Còn ba tế bào ở cực đối diện gọi là các tế bào đối cực, không

Hỡnh 7 Sơ đồ quỏ trỡnh hỡnh thành tỳi phụi

1.3 Sự thụ phấn

- Là sự truyền hạt phấn từ bao phấn đến đầu nhụy

- Gồm hai hình thức chính: tự thụ phấn, giao phấn

+ Tự thụ phấn : Sự truyền hạt phấn xảy ra bên trong một hoa hay giữa hai hoa trên cùng một cá thể + Giao phấn: Hạt phấn của hoa ở cá thể này được đưa đến đầu nhuỵ của hoa trên cá thể khác

Sự giao phấn là bắt buộc đối với những cây đơn tính và những cây lưỡng tính nhưng nhị, nhụy không chín cùng lúc

Sự giao phấn dẫn đến sự kết hợp vật chất di truyền của hai cơ thể khác nhau dẫn đến tính biến dị lớn hơn, khả năng sống sót và thích nghi cao hơn so với tự thụ phấn

Nhưng thực sự giao phấn không phải lúc nào cũng thuận tiện được, vì nó còn phụ thuộc vào những điều kiện bên ngoài, đặc biệt là những tác nhân truyền phấn: sâu bọ, gió, nước, chim

Đối với mỗi tác nhân truyền phấn, cấu tạo của hoa có những biến đổi thích nghi riêng

- Hoa thụ phấn nhờ côn trùng: Hoa thừờng lớn, màu sặc sỡ, có mùi thơm, tuyến mật Đầu nhụy có chất dính, hạt phấn kích thước lớn, vách dày và có nhiều gai để dễ mắc vào cơ thể côn trùng

- Hoa thụ phấn nhờ gió thường nhỏ bé, thiếu màu sắc và tuyến mật, núm nhụy lớn, hạt phấn nhỏ

ống phấn đi qua vòi nhụy vào bầu nhụy rồi đi theo giá noãn, chui qua lỗ noãn và túi phôi

1.4.2 Sự thụ tinh

Vào đến túi phôi, đầu ống phấn vỡ ra, phóng thích hai tinh tử vào túi phôi Xảy ra quá trình thụ tinh kép

+ Một trong hai tinh tử dung hợp với noãn cầu tạo thành hợp tử lưỡng bội

+ Tinh tử thứ hai kết hợp với nhân thứ cấp lưỡng bội thành tế bào khởi đầu của nội nhũ, sau sẽ phát triển thành nội nhũ tam bội của hạt, nhân ống phấn bị phân rã

1.5 Sự phỏt triển của hạt

Sau khi thụ tinh, noãn phát triển để tạo thành hạt Trong quá trình phát triển, phôi tăng trưởng hình thành chồi mầm và rễ phôi

Hạt gồm:

- Vỏ hạt: bao bọc bên ngoài, có tác dụng che chở cho các thành phần bên trong hạt khỏi bị tác

động xấu của môi trường

- Phôi: gồm có 2 hoặc 1 lá mầm (do đó cây được xếp vào lớp 1 lá mầm, 2 lá mầm) Phôi có thể thẳng hoặc cong

Sự khác nhau căn bản giữa nội nhũ và ngoại nhũ: ngoại nhũ do phôi tâm sinh ra (2n), cón các tế bào nội nhũ hình thành sau thụ tinh nên đều là (3n)

1.6 Sự hỡnh thành quả

Quả là phần mang hạt và được coi là cơ quan sinh sản của TV hạt kín Sau khi thụ tinh,

đồng thời với sự hình thành hạt thì bầu nhụy cũng biến đổi thành quả

Những quả chỉ do bầu biến đổi thành, gọi là quả thật, còn những quả trong quá trình phát triển, ngoài bầu, còn có các thành phần khác của hoa (như đế hoa, trục lá bắc, trục cụm hoa ) tham gia thì gọi là quả giả

2 Sự sinh sản hữu tớnh ở động vật bậc cao (Thỳ cú vỳ)

2.1 Sự hỡnh thành giao tử

2.1.1 Sự hỡnh thành giao tử đực (tinh trựng)

Cấu trúc sản sinh ra tinh trùng là tinh hoàn, bao gồm một đôi nằm trong một túi da gọi là hạ nang Nó vừa là nơi hình thành tinh trùng vừa là cơ quan sản suất hoocmon sinh dục đực testosteron

 Cấu trỳc tinh hoàn:

+ Mỗi tinh hoàn gồm hàng trăm ống sinh tinh – nơi tạo ra tinh trùng Giữa những ống sinh tinh là các tế bào kẽ (laydig) có nhiều hạt lipid, tế bào này tiết ra testosteron

+ Các ống sinh tinh kết hợp với nhau và tạo thành các ống soắn cuộn của mào tinh hoàn + Mào tinh hoàn nối với ống dẫn tinh dẫn lên túi tinh, và tiếp đó là đường tiết niệu đi ra phía ngoài qua niệu đạo

+ Có 3 tuyến phụ gồm: Tiền liệt tuyến, tuyến Cowper và các túi tinh dịch: Có vai trò bổ sung các enzim và chất dinh dưỡng

 Sự tạo tinh

Thành của ống dẫn tinh mang một lớp tế bào mầm (tinh nguyên bào), sự tạo tinh bắt đầu khi một tinh nguyên bào tách ra khỏi lớp này, phát triển to lên và hình thành một tinh bào bậc 1 Tinh bào bậc 1 sau đó phân giảm nhiễm, lần phân bào I tạo ra hai tế bào gọi là tinh bào bậc 2, lần phân bào II tạo ra 4 tinh tử hay tiền tinh trùng, các tế bào này sau đó phải trải qua quá trình trình biệt hoá, biến thai hình thành các tinh trùng

Từ tuổi dậy thì trở đi, khoảng 300 triệu tinh trùng được sản sinh ra mỗi ngày/người ở đàn

ông sự sinh tinh diễn ra liên tục nhưng ở một số loài động vật có vú khác nó có thể xuất hiện theo mùa và chỉ hạn chế trong những giai đoạn sinh sản nhất định

 Cấu tạo tinh trựng: Gồm 4 phần chính: Đầu, cổ, thân, đuôi

+ Vùng đầu dẹt, hình bầu dục, chứa nhân và “đội một cái mũ” chứa đầy enzim gọi là thể đỉnh + Cổ: Là phần eo thắt lại giữa phần thân và đầu

+ Thân: Chính giữa là sợi trục, kéo dài từ cổ đến đuôi, bao quanh là các vòng soắn ti thể

=> phần thân có vai trò quan trọng trong việc sản sinh ra năng lượng cho hoạt động của tinh

trùng

+ Đuôi: Dài, sự sắp xếp các ống siêu vi ở vùng đuôi tạo thμnh sợi trục rất giống với sự sắp xếp

ở lông roi Phần đuôi có vai trò quan trọng trong chuyển động của tinh trùng

Khi sản sinh tinh trùng cần nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ cơ thể, vì vậy nếu tinh hoàn ẩn trên xoang bụng, không di chuyển xuống bìu thì không có khả năng sinh tinh trùng

Trong môi trường nitơ lỏng, nhiệt độ – 173o

C, tinh trùng có thể bảo quản được trong nhiều năm (việc này có ý nghĩa trong đời sống và chăn nuôi )

+ Trong quá trình chín của nang trứng, noãn bào bậc 1 to ra khoảng 100 lần so với kích thước ban đầu của nó, và được ngăn cách với các noãn bào bậc 1 ban đầu bằng một lớp keo dầy gọi là màng sáng

+ Noãn bào bặc 1 phân chia giảm phân I, tạo thành hai tế bào mới gọi là noãn bào bậc hai, một trong hai noãn bào bậc hai sẽ trở thành trứng, nó chiếm gần như toàn bộ phần nguyên sinh chất và chất dinh dưỡng trong khi noãn bào bậc hai kia chỉ gồm có nhân và một ít tế bào chất, tế bào này gọi là thể cực thứ nhất Noãn bào bậc hai phân chia giảm phân II tạo thành tế bào trứng

và thể cực thứ hai ở đây có sự phân chia không đều tế bào chất

+ Trứng được đưa ra ngoài cơ thể mới được thụ tinh, gọi là thụ tinh ngoài Trứng ở giai đoạn này gọi là noãn bào bậc 2 Nó được giải phóng khi phía ngoài buồng trứng nứt ra dọc theo chỗ lồi hình thành khi nang trứng chín

ở thời điểm trứng rụng, dịch nang trứng chảy ra khỏi nang trứng vào ổ bụng mang theo cả

tế bào trứng

Tế bào trứng rơi vào phễu ở đầu ống dẫn trứng và chuyển động thụ động và trong ống dẫn trứng nhờ hoạt động của các lông rung và sự co bóp của thành ống dẫn trứng

Trứng đi được một phần ba ống dẫn trứng thì dừng lại, đó là nơi xảy ra quá trình thụ tinh

Hỡnh 10 Sơ đồ quỏ trỡnh thụ tinh

2.2 Quỏ trỡnh thụ tinh