Shđc chương 2 quang hợp

Hai giai đoạn của quá trình quang hợpPhản ứng sáng – phản ứng chuyển năng lượng ánh sáng Xảy ra ở thylakoids: § Quang phân ly H2O để tạo e-, H+ và giải phóng oxy § Sử dụng năng lượng á

Bài 4: Quang hợp

1

Quang hợp

§  Là quá trình chuyển năng lượng ánh sáng thành năng

lượng hóa học

§  Xảy ra ở thực vật, tảo, protist và vi khuẩn cyanobacteria

Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings

6 CO2 + 12 H2O→ C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Fig 10-3b

1 µm

Thylakoid space

Chloroplast

Inner membrane

Outer membrane Stroma

Thylakoid

Hai giai đoạn của quá trình quang hợp

Phản ứng sáng – phản ứng chuyển năng lượng ánh sáng

(Xảy ra ở thylakoids):

§  Quang phân ly H2O để tạo e-, H+ và giải phóng oxy

§  Sử dụng năng lượng ánh sáng để vận chuyển electron

o   Khử NADP + thành NADPH

o   Tạo ATP từ ADP bởi quá trình photophosphorylation

Chu trình Calvin – Phản ứng tổng hợp chất hữu cơ

(Xảy ra ở stroma)

§ Bắt đầu bởi sự cố định carbon vào phân tử hữu cơ

Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings

CO 2

H +

e -

CO 2

[CH 2 O] (sugar)

H +

e -

Phản ứng sáng

§  Là nhà máy năng lượng mặt trời

§  Chuyển năng lượng ánh sáng (quang năng) thành

năng lượng hóa học (hóa năng) dưới dạng ATP và

NADPH

Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings

Higher energy Shorter wavelength

Sắc tố quang hợp: Phân tử nhận ánh sáng

Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings

Reflected light

Absorbed light

Light Chloroplast

Transmitted light

Granum

Fig 10-10

Porphyrin ring:

light-absorbing

“head” of molecule; note magnesium atom at center

CHO in chlorophyll b

Phổ hấp thụ ánh sáng của diệp lục tố

§  Sự quang hợp diễn ra hiệu quả ở vùng ánh sáng lam

tím (430nm) và đỏ (680nm)

16

Fig 10-9

Wavelength of light (nm)

(b) Action spectrum (a) Absorption spectra

(c) Engelmann’s experiment

Sự kích hoạt diệp lục tố bởi ánh

sáng

§  Khi sắc tố quang hợp hấp thu ánh sáng, chúng chuyển

từ trang thái tĩnh (năng lượng thấp) à trạng thái kích hoạt (năng lượng cao),do đó ở trạng thái không ổn

Fig 10-11

(a) Excitation of isolated chlorophyll molecule

Heat

Excited state

(b) Fluorescence

state

Photon (fluorescence)

Trung tâm quang hợp

Cấu trúc:

Là phức protein với các diệp lục tố a, b…

Chức năng:

Tiếp nhận năng lượng ánh sáng và

chuyển năng lượng đến cặp diệp lục tố a

ở trung tâm phản ứng

Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings

Cấu trúc: Là phức protein có cặp diệp lục tố a và chất nhận electron đầu tiên

Chức năng: Tiếp nhận năng lượng từ phức hợp nhận ásà giải phóng

e - cho chất nhận điện tử đầu tiên

Trung tâm quang hợp

Gồm 2 loại

Trung tâm quang hợp II (PS II)

§ Hoạt động đầu tiên trong chuỗi phản ứng sáng và hấp thụ ánh sáng có bước sóng 680 nm

§ Trung tâm phản ứng chlorophyll a của PS II gọi là P680

Trung tâm quang hợp

22

Chu trình chuyển điện từ không vòng

§  Chu trình quan trọng của thực vật, với sự tham gia của cả hai trung tâm quang hợp (PSII và PSI), tạo ATP và NADPH

Chu trình chuyển điện tử vòng

§  Chỉ có trung tâm quang hợp I tham gia và chỉ tạo

ATP

Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings

Dòng electron không vòng – B 1, 2 (PS II)

Dòng electron không vòng – B.3 (PS II)

§  H 2 O bị phân cắt bởi enzyme

thành hydro, oxy, electron

Dòng electron không vòng – B 4, 5 (EC)

§   Các electron từ trung tâm phản

chuyển electron àPS I

các electron giúp vận chuyển H + vào

bên trong thylakoid àgradient H +

§   Sự khuyếch tán H + (protons) vào

trong màng giúp tạo ATP

26

Photosynthetic electron transport and ATP synthesis

27

Dòng electron không vòng– B6 (PS I)

Tại PS I (P700)

§   Giống ở PS II, năng lượng photon của ánh sáng kích hoạt P700

à P700 phóng thích electron cho chất nhận electron đầu tiên à

P700 +

§   P700 + nhận electron từ PS II à P700

28

Dòng electron không vòng– B7 (EC)

nhận electron đầu tiên (thuộc PS I) được chuyển đến

29

Pigment molecules

Light

P680

e–

Primary acceptor

5

ATP

Photosystem I (PS I)

Light

Primary acceptor

Fig 10-14

Mill makes ATP

NADPH

Ph o to n

ATP

Cyclic and linear electron flows

32

Fig 10-17

Light

Fd

Cytochrome complex

ADP +

i H +

ATP P

ATP synthase

To Calvin Cycle

STROMA

(low H + concentration)

Thylakoid membrane

Tổng kết phản ứng sáng

§  ATP và NADPH được tạo ra ở ngoài màng

thylakoid (stroma) nơi xảy ra chu trình Calvin

Chu trình Calvin (ở stroma)

§  Sử dụng năng lượng từ ATP và NADPH để chuyển

CO 2 thành đường glyceraldehyde-3-phospate (G3P)

§  Chu trình Calvin gồm 3 giai đoạn :

tạo 3-Phosphoglycerate (acid 3C)

Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings

Calvin cycle

37

Fig 10-18-1

Ribulose bisphosphate

Short-lived intermediate

Phase 1: Carbon fixation

Fig 10-18-2

Ribulose bisphosphate

Short-lived intermediate

Phase 1: Carbon fixation

Cycle

Fig 10-18-3

Ribulose bisphosphate

Short-lived intermediate

Phase 1: Carbon fixation

Calvin Cycle

3

3 ADP ATP

Phase 3:

Regeneration of the CO 2 acceptor (RuBP)

G3P

Chu trình Calvin

41

Trong điều kiện có nhiều O 2 , ít CO 2, Rubisco cố định O 2

à chu trình Calvin không xảy ra

Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings

Thực vật C 4

§   C4 plants làm giảm hiện tượng quang hô hấp

bằng cách cố định CO2 để tạo hợp chất acid 4-carbon ở tế bào thịt lá bởi enzyme PEP

carboxylase (PEPC)

§   PEPC có ái lực cao với CO2 hơn rubisco ; PEPC có thể cố định CO2 khi nồng độ CO2 rất thấp

§   Hợp chất 4 acid carbon sau đó được chuyển qua tế bào vòng bao bó mạch để giải phóng

CO2 cho chu trình Calvin cycle

Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings

Fig 10-19

C 4 leaf anatomy

Mesophyll cell Photosynthetic

cells of C 4

plant leaf Bundle- sheath

cell

Vein (vascular tissue)

Stoma

The C 4 pathway Mesophyll

Oxaloacetate (4C) Malate (4C)

PEP (3C)

ADP ATP

Pyruvate (3C)

CO 2

Bundle- sheath cell

Calvin Cycle Sugar

Vascular tissue

Bundle- sheath cell

Mesophyll cell

Fig 10-19b

Sugar

CO 2

Bundle- sheath cell

ATP ADP Oxaloacetate (4C) PEP (3C)

PEP carboxylase

Malate (4C)

Mesophyll cell

CO 2

Calvin Cycle Pyruvate (3C)

Vascular tissue The C 4

pathway

Thực vật CAM

§  Một số thực vật mọng nước sử dụng quy trình

crassulacean acid metabolism (CAM) để cố định carbon

§  Ban ngày, khí khẩu đóng, CO2 được giải phóng từ acid hữu cơ và tham gia vào chu trình Calvin

Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings

Fig 10-20

CO 2 Sugarcane

Mesophyll cell

CO 2

C 4

Bundle- sheath cell

Organic acids release CO 2 to Calvin cycle

CO 2 incorporated into four-carbon organic acids (carbon fixation)

Pineapple

Night

Day CAM

Sugar Sugar

Calvin

(a) Spatial separation of steps (b) Temporal separation of steps

1

2

Fig 10-21

Light Reactions:

Photosystem II Electron transport chain

Photosystem I Electron transport chain

CO 2

NADP +

ADP

P i +

RuBP 3-Phosphoglycerate

Calvin Cycle

G3P ATP

NADPH Starch (storage)

Sucrose (export) Chloroplast

Light

H 2 O

O 2

Fig 10-UN1

CO 2

NADP + reductase

Primary acceptor

Primary acceptor

Photosystem I

NADP + + H +

Fd

NADPH

O 2

6 × 3C

5 × 3C

3 × 5C

Fig 10-UN4

Fig 10-UN5

Câu hỏi thảo luận

§  Tạo nhóm 5 sinh viên (hoặc ít hơn)

§  Nộp bài viết tay trên giấy A4 (phải có danh sách

sinh viên tham gia và ghi rõ lớp, buổi học, tiết học)

§  Bài nộp vào thứ 3 tuần sau (29/10/2013)