tiểu luận đề tài Lục lạp quá trình quang hợp

LỤC LẠP Lục lạp là bào quan phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong thế giới thực vật, vì nó thực hiện chức năng quang hợp biến năng lượng của ánh sáng mặt trời thành năng lượng hoá họ

LOGO

LOGO

LỤC LẠP QUÁ TRÌNH QUANG HỢP

PHẦN 1: LỤC LẠP

LỤC LẠP

Lục lạp là bào quan phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong thế giới thực vật, vì nó thực hiện chức năng quang hợp biến năng lượng của ánh sáng mặt trời thành năng lượng hoá học để cung cấp cho toàn

bộ thế giới sinh vật

Hình thái của lục lạp Trong các tế bào khác nhau ở các loài cây khác nhau thì hình dạng của lục lạp cũng khác nhau

Ở thực vật bậc thấp: có dạng hình lưới, hình giải xoắn, hình sao dẹp… Ở thực vật bậc cao: thường có dạng hình cầu, hình trứng hoặc hình đĩa

LỤC LẠP

CẤU TẠO HÌNH THÁI

CẤU TẠO HÌNH THÁI

- Lục lạp có cấu trúc màng hai lớp

- Màng ngoài rất dễ thấm, màng trong rất ít thấm, giữa màng ngoài và màng trong có một khoang giữa màng

- Màng trong bao bọc một vùng không có màu xanh lục được gọi là stroma tương tự như chất nền matrix của ty thể

- Stroma chứa các enzyme, các

CẤU TẠO HÌNH THÁI

- Hệ thống quang hợp hấp thu ánh sáng, chuỗi chuyền điện tử và ATP synthetase, được chứa trong màng thứ 3 tách biệt Màng này hình thành một tập hợp các túi dẹt hình đĩa gọi là thylakoid

- Màng của thylakoid tạo nên một khoảng trong thylakoid tách biệt với stroma

- Các thylakoid có xu hướng xếp chồng lên nhau tạo thành phức hợp gọi là grana

- Diệp lục tố nằm trên màng thylakoid nên grana có màu lục

THÀNH PHẦN HÓA HỌC

- Protein chiếm khoảng 35 - 55%, trong đó có khoảng 80% dạng không hoà tan và liên kết với lipid thành lipoproteide, dạng hoà tan có thể là các enzyme

- Lipid chiếm khoảng 20 - 30% gồm lipid trung tính, steroid, hospholipid

- Gluxit như tinh bột, đường

- Các acid nucleic: ARN từ 2 - 4%, ADN từ 0,2 - 0,5%

- Thành phần vô cơ: Fe, Cu, Mn, Zn, ngoài ra còn có cytocrom, vitamin K, E

- Các sắc tố quang hợp chlorophill, các carotenoid như carotin, xantophin

và ficobilin

- ATP, NAD

CHỨC NĂNG

Lục lạp thực hiện quá trình quang hợp Nhờ chlorophyll chứa trong lục lạp

mà cây xanh hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời và biến chúng thành năng lượng hoá học trong ATP để tổng hợp các chất hữu cơ

CÁC SẮC TỐ QUANG HỢP - CHLOROPHYLL

- Là sắc tố quang hợp màu xanh lá

cây, có khả năng hấp thụ năng lượng

CHLOROPHYLL

Nhân diệp lục là phần quan trọng nhất, gồm

1 nguyên tử Mg ở trung tâm liên kết với 4

nguyên tử N của 4 vòng pyrol tạo nên vòng

Mg-pocphirin rất linh hoạt

- Phần nhân diệp lục có một hệ thống nối

đôi đơn cách đều tạo nên phân tử diệp lục có

hoạt tính quang hoá mạnh

- Khả năng hấp thu ánh sáng phụ thuộc số lượng liên kết đôi trong phân tử

- Hệ thống liên kết có năng lượng liên kết rất nhỏ nên dễ dàng bị kích động khi tiếp nhận năng lượng ánh sáng để bật ra khỏi quỹ đạo cơ bản của nó

- Đây là trạng thái kích thích của phân tử diệp lục khi nhận năng lượng ánh sáng

CHLOROPHYLL

Đuôi phân tử diệp lục rất dài gồm gốc rượu phitol có 20 nguyên tử cacbon

- Đuôi diệp lục có tính ưa lipit nên

có vai trò định vị phân tử diệp lục trên màng thylakoid vì màng quang hợp có tính lipid

CHLOROPHYLL

Vai trò của diệp lục trong quang hợp

- Hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời

- Vận chuyển năng lượng vào trung tâm phản ứng

- Tham gia biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học tại trung tâm phản ứng

CÁC SẮC TỐ QUANG HỢP - CAROTENOID

Là nhóm sắc tố tạo nên các loại

màu sắc khác nhau của thực vật

Carotenoids hấp thu ánh sáng thừa

có thể gây hư tổn chlorophyll Hấp

thụ quang năng rồi truyền tới 2 tâm

quang hợp bảo vệ diệp lục Gồm 2

nhóm:

+ Carotene: C40H56

+ Xanthophyll: C40H56O(1-6)

CAROTENOID

Vai trò của carotenoid

- Lọc ánh sáng và bảo vệ cho diệp lục khỏi bị phá huỷ khi cường độ ánh sáng cao Vì vậy bao giờ cũng nằm cạnh diệp lục

- Carotenoit không có khả năng biến đổi năng lượng ánh sáng hấp thu mà chúng chỉ hấp thu năng lượng mặt trời rồi truyền năng lượng ánh sáng này cho diệp lục để phân tử diệp lục biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học

- Trong lục lạp, carotenoit nằm sát cạnh diệp lục nên hiệu suất truyền năng lượng rất cao

CÁC SẮC TỐ QUANG HỢP - PHYCOBILIN

Nhóm sắc tố của thực vật bậc thấp – phycobilin

- Là nhóm sắc tố phổ biến ở thực vật bậc thấp Gồm 2 nhóm:

+ Phycoerythrin (tảo đỏ): C34H47N4O8 + Phycocyanin (tảo xanh): C34H42N4O9

PHYCOBILIN

- Vai trò của phicobilin trong đời sống của các loài tảo rất lớn

- Đặc biệt là các loài tảo sống ở dưới sâu, sự có mặt của các sắc tố phụ này giúp các loài tảo sống ở dưới nước, có thể hấp thụ được những tia sáng vàng, lục do các tia đỏ và lục mất dần theo chiều sâu của nước

- Có thể xem sự có măt của các sắc tố phụ này như là đặc điểm thích nghi

đã được hoàn thiện trong quá trình tiến hoá lâu dài của các loài thực vật sống dưới nước

PHẦN 2:

QUÁ TRÌNH QUANG HỢP

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ QUANG HỢP

1

2 PHA SÁNG CỦA QUANG HỢP

3 PHA TỐI CỦA QUANG HỢP

4 MỐI QUAN HỆ GIỮA HAI PHA QUANG HỢP

NỘI DUNG

KHÁI NIỆM CHUNG

Định nghĩa: Quang hợp là quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ đơn giản là CO2 và H2O dưới tác dụng của năng lượng ánh sáng mặt trời và sự tham gia của sắc tố diệp lục Quá trình quang hợp được tổng quát bằng sơ đồ sau:

NLAS/ Chlorophyll

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + O2

- Quá trình quang hợp diễn ra ở cây xanh có ý nghĩa lớn về mặt năng lượng (cung cấp gần 90% năng lượng cho nhân loại dùng dưới dạng than đá, khí đốt, dầu hoả, củi đun…)

- Quang hợp còn cung cấp toàn bộ thức ăn cho người và một khối lượng khổng lồ cho nguyên liệu kỹ thuật (bông, sợi, dược phẩm, gỗ…)

- Hàng năm thực vật có màu xanh đã đồng hoá 170 tỷ tấn CO2 là khí độc trên hành tinh, quang phân ly 130 tỷ tấn nước, đã giải phóng 115 tỷ tấn oxy tự

do cần cho sự tồn tại và hoạt động của sinh giới Trạng thái cân bằng giữa CO2

và O2 là do cây xanh quyết định

VAI TRÒ CỦA QUANG HỢP

HAI PHA CỦA QUANG HỢP

Ngày nay, người ta chia quang hợp thành hai pha là pha sáng và pha tối

- Pha sáng bao gồm quá trình hấp thụ ánh sáng và kích động các phân tử sắc tố (giai đoạn quang lý) cùng với sự biến đổi năng lượng phyton thành năng lượng hoá học dưới dạng các hợp chất dự trữ năng lượng ATP và chất khử NADPH2 (giai đoạn quang hoá)

- Pha tối là pha bao gồm các phản ứng hoá học không có sự tham gia trực tiếp của ánh sáng, nhưng sử dụng các sản phẩm của ánh sáng là ATP và NADPH2 để khử CO2 tạo thành các hợp chất hữu cơ là sản phẩm đơn giản đầu tiên của quá trình quang hợp, rồi tổng hợp các hợp chất các hợp chất hữu cơ thứ cấp và đưa chúng vào các quá trình trao đổi chất khác nhau

PHA SÁNG - GIAI ĐOẠN QUANG VẬT LÝ

Giai đoạn này gồm quá trình hấp thu năng lượng ánh sáng của phân tử diệp lục và quá trình vận chuyển năng lượng vào trung tâm phản ứng

Sự hấp thu năng lượng: Khi hấp thu năng lượng của lượng tử ánh sáng, phân

tử diệp lục chuyển sang trạng thái kích thích electron, một electron rất linh động trong phân tử diệp lục sẽ nâng mức năng lượng của nó cao hơn trạng thái cũ Lúc này năng lượng ánh sáng đã chuyển thành năng lượng của electron được kích thích của phân tử diệp lục

Vận chuyển năng lượng từ phân tử diệp lục đã được hoạt hoá bởi ánh sáng dưới dạng năng lượng của electron được kích thích vào trung tâm phản ứng

PHA SÁNG - HỆ THỐNG QUANG

- Trong màng thylakoid, diệp lục tố

a, b và carotenoid hợp thành từng nhóm

200 – 300 phân tử sắc tố liên kết với các

protein chuyên biệt

- Trong tập hợp này, chỉ diệp lục tố a

có khả năng phóng thích e- được kích

hoạt của nó cho chất nhận e- thứ nhất và

khởi đầu phản ứng sáng của quang hợp

- Những đơn vị thu ánh sáng như

vậy gọi là quang hệ (PS)

Trên màng thylakoid có hai loại hệ thống quang:

- Hệ thống quang II (PS II) hoạt động trước và hấp thu ánh sáng ở bước sóng không quá 680 nm Trung tâm phản ứng của PS II được gọi là P680

Hoạt động của quang hệ II

- Từ Q-, e- được chuyển theo thế

oxy khử tới PQ ⇨ Cyt b6-f ⇨ PC

P680 ⇨ Q ⇨ PQ ⇨ Cyt b6-f ⇨ PC

PHA SÁNG - HỆ THỐNG QUANG

Hoạt động của quang hệ thống I

- Trung tâm phản ứng là P700, thu năng lượng ánh sáng λ = 700 nm ⇨ kích động, phóng thích 2e-, P700 trở nên oxy hóa P700+,

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

- Từ X-, 2e- chuyển qua Ferredoxin rồi Ferredoxin – NADP - reductase, cuối cùng là NADP+

PHA SÁNG - HỆ THỐNG QUANG

P700 X Fd FNR NADP2e- 2e- + NADPH + H +2H

+

P680 trả 2e- cho P700, H2O trả 2e- cho P680

- Phân tử H2O gắn chặt vào 1 protein chứa mangan (Mn) ở xoang thylakoid

PHA SÁNG - GIAI ĐOẠN QUANG HÓA

PHA TỐI QUANG HỢP

Ngoài con đường cố định CO2 theo chu trình Calvin, tồn tại hai con đường khác cố định CO2 là chu trình C4 và chu trình CAM

Tuỳ thuộc vào con đường cố định CO2 trong quang hợp khác nhau mà người ta chia thế giới thực vật thành 3 nhóm:

- Thực vật C3: bao gồm các thực vật mà con đường quang hợp của chúng chỉ thực hiện duy nhất một chu trình quang hợp là C3 (chu trình Calvin)

- Thực vật C4: gồm các thực vật mà con đường quang hợp của chúng là sự liên hợp giữa 2 chu trình quang hợp là chu trình C4 và chu trình C3

- Nhóm thực vật CAM là những thực vật thực hiện con đường quang hợp thích nghi với điều kiện khô hạn, bắt buộc phải đóng khí khổng vào ban ngày và chỉ mở khí khổng vào ban đêm

CHU TRÌNH CALVIN

Pha tối là pha khử CO2 nhờ ATP và NADPH được hình thành trong pha sáng

để tạo chất hữu cơ (C6H12O6)

Pha tối xảy ra trong chất nền (stroma) và thực hiện chu trình Calvin Carbon đi vào chu trình dưới dạng CO2 và

ra khỏi chu trình ở dạng 3-phospate (G3P)

glyceraldehyde-Chu trình Calvin gồm ba giai đoạn:

- Giai đoạn cố định CO2

* Phosphoryl hóa & khử: sử dụng ATP & NADPH

3-phosphoglycerat ⇨ Glyceraldehyd 3- phosphat (C3-P)

QUÁ TRÌNH KHỬ

Giai đọan tái tạo RuBP:

Một chuỗi phản ứng 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 trình Calvin trả lại ADP & NADP+

cho các phản ứng sáng

TÁI TẠO CHẤT NHẬN CO2

Ý NGHĨA CHU TRÌNH C3

- Chu trình C3 là chu trình quang hợp cơ bản nhất của thế giới thực vật Đây là chu trình khử CO2 duy nhất để tạo nên các sản phẩm quang hợp trong thế giới thực

- Trong chu trình tạo ra nhiều sản phẩm sơ cấp của quang hợp Đó là các hợp chất C3, C5, C6…Các hợp chất này là các nguyên liệu để tổng hợp nên các sản phẩm quang hợp thứ cấp như đường, tinh bột, axit amin, protein, lipit…

- Tuỳ theo bản chất của sản phẩm thu hoạch mà con đường đi ra của các sản phẩm thứ cấp khác nhau, nhưng chúng đều có xuất phát từ các sản phẩm

sơ cấp của quang hợp

THỰC VẬT C4

+ Tế bào thịt lá chứa lục lạp Lục lạp của tế bào thịt lá có cấu trúc grana phát triển Chúng thực hiện chu trình C4 tức

cố định CO2

+ Tế bào bao quanh bó mạch nằm sát cạnh các bó mạch dẫn, chứa lục lạp với cấu trúc grana kém phát triển Trong các lục lạp này có rất nhiều hạt tinh bột Chức năng này của chúng là thực hiện chu trình C3 để khử CO2 tạo nên các sản phẩm quang hợp

CHU TRÌNH HATCH – SLACK (C4)

- Là con đường quang hợp rất đặc

trưng và mà sản phẩm tạo ra đầu tiên

không phải là hợp chất 3C mà là một hợp

chất có 4C Chúng hoạt động quang hợp

theo một con đường riêng gọi là con

đường quang hợp của thực vật C4

- Chu trình C4 có nhiệm vụ cố định

CO2 còn chu trình C3 thì khử CO2 để tạo

nên các sản phẩm quang hợp

Các cây C4 làm giảm thiểu sự quang hô

hấp bằng cách cố định CO2 thành một hợp

chất 4 carbon trữ trong các tế bào lục mô

Bước này cần có sự tham gia của enzyme

PEP carboxylase

PEP carboxylase có ái lực cao đối với

CO2 so với rubisco nên nó có thể cố định

CO2 cả khi nồng độ CO2 rất thấp

Những hợp chất 4 carbon được chuyển

vào các tế bào bao bó mạch Tại đây chúng

phóng thích CO2 để đưa vào chu trình

Calvin

CHU TRÌNH HATCH – SLACK (C4)

Ý NGHĨA CHU TRÌNH C4

- Một loại lục lạp chuyên trách cố định CO2 một cách hiệu quả nhất còn một loại lục lạp chuyên khử CO2 cho cây Do vậy mà hoạt động quang hợp của các cây C4 mạnh hơn và có hiệu quả hơn các thực vật khác Kết quả là năng suất sinh vật học của cây C4 thường rất cao

- Xét về tiến hoá thì các cây C4 có con đường tiến hoá hơn thực vật C3 và CAM

THỰC VẬT CAM

Thực vật CAM sống ở vùng sa mạc, điều kiện khô hạn kéo dài Vì lấy được ít nước nên tránh mất nước do thoát hơi nước cây đóng khí khổng vào ban ngày

và nhận CO2 nào ban đêm khi khí khổng

mở nên có năng suất thấp

– Ban đêm khi khí khổng mở, CO2được cố định thành một acid hữu cơ

– Ban ngày khi khí khổng đóng, CO2được phóng thích từ acid hữu cơ và được dùng cho chu trình Calvin

Ý NGHĨA CON ĐƯỜNG QUANG HỢP CỦA TV CAM

- Đây là con đường quang hợp thích nghi với điều kiện khô hạn của các thực vật mọng nước Nhờ con đường quang hợp này mà khả năng chịu hạn của chúng rất cao, hơn hẳn các thực vật chịu hạn khác

- Do quang hợp trong điều kiện quá khó khăn nên cường độ quang hợp của các thực vật mọng nước thường thấp, năng suất sinh vật học cũng vào loại thấp và sinh trưởng chậm hơn các thực vật khác

MỐI QUAN HỆ GIỮA HAI PHA QUANG HỢP

- Xảy ra ở cấu trúc hạt (grana) của lục

- Sản phẩm: NADPH, ATP, O2 - Sản phẩm: Glucose, chất hữu cơ, H2O,

NADH + , ADP, tái tạo ribulose biphosphat

- Chuyển hóa quang năng thành hóa - Chuyển hóa năng lượng ATP, NADPH

LOGO

LOGO

www.themegallery.com