quang hợp

Hay quang hợp là quá trình biến đổi các chất vô cơ đơn giản thành các hợp chất hữu cơ phức tạp có hoạt tính cao trong cơ thể thực vật dưới tác dụng của ánh sáng Mặt Trời và sự tham gia c

BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG TRONG

QUÁ TRÌNH QUANG HỢP

Nội dung:

I Khái niệm quang hợp.

II Bộ máy quang hợp.

+Lục lạp-Bào quan thực hiện chức năng quang hợp +Các sắc tố quang hợp.

III Năng lượng của quá trình quang hợp

+Cơ chế phosphorin hóa vòng.

+ Cơ chế của quá trình quang phosphorin hóa không vòng.

IV Quá trình quang hợp của một số loài khác.

I Khái niệm quang hợp

Quang hợp là quá trình biến đổi năng lượng ánh sáng Mặt Trời thành năng lượng hóa học dưới dạng các hợp chất hữu cơ Hay quang hợp là

quá trình biến đổi các chất vô cơ đơn giản thành

các hợp chất hữu cơ phức tạp có hoạt tính cao trong cơ thể thực vật dưới tác dụng của ánh

sáng Mặt Trời và sự tham gia của các hệ sắc tố thực vật

II Bộ máy quang hợp.

1 Lục lạp (chloroplast) – bào quan thực hiện chức năng quang hợp

Quá trình hình thành lục lạp: 3 giai đoạn

+ Giai đoạn tiền lục lạp: Hình thành nên những chỗ lõm trên màng trong của lạp thể  kéo dài

ra, rồi tự cắt thành các đoạn ngắn

+ Giai đoạn hai: Hình thành nên các tiền tilacoit

+ Giai đoạn cuối: Hình thành nên các tilacoit

thực sự và sau đó chúng xếp chồng lên nhau

thành các hạt (grana)

III Năng lượng của quá trình quang

Quang hợp ở cây xanh

 Diệp lục hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời

 Năng lượng được dự trữ trong các phân tử sắc tố dưới dạng năng lượng kích thích và tiếp theo là sự di trú năng lượng vào trong trung tâm phản ứng, là một phân tử diệp lục đặc biệt.

e –

Phân tử diệp lục ở trung tâm phản ứng này, sau khi nhận năng lượng sẽ trở nên bị kích thích và trở thành chất cho điện tử, nhường điện

tử cho chất nhận electron đầu tiên tham gia vào quá trình quang

phosphoryl hóa.

Tuy nhiên, tùy theo diệp lục ở trung tâm phản ứng khác nhau mà quá

trình vận chuyển điện tử có thể đi theo con đường quang phosphoryl

hóa vòng hay không vòng.

Quang Phosphoryl hóa vòng

(Cyclic Photophosphorylation)

E

P700

1 O Electron acceptor

Ferredoxin (Fd) (E 0 = O,43V)

Plastoquinone (P Q ) (E 0 = 0,06V)

Plastocyanin (E 0 = O,365V)

 Con đường không vòng ( vòng hở hay vòng

không khép kín) thực hiện bởi hệ sắc tố sóng ngắn và cả sóng dài, bao gồm clorophin a có cực đại hấp thụ ở bước sóng λ< 680nm và các sắc tố phụ khác

 P680 là trung tâm phản ứng của phản ứng sáng

2 Chất nhận điện tử đầu tiên của PSII là

C550(một chất cho đến nay cũng chưa xác định chắc chắn)

Thành phần của chu trình truyền điện tử ở đây

là plastoquinon, plastoxyanin, xitocrom f rồi đến P700 của PSI mà không trở về P680 để khép kín chu trình Điện tử bù lại cho P680 được lấy

từ H2O qua quá trình quang phân ly nước để giải phóng O2 và e, cũng như H

 Vì vậy, kết quả của chu trình truyền điện tử

không vòng này là sự hình thành không những ATP mà còn giải phóng O2 và hình thành sản phẩm khử NADPH2

+

Các phân tử diệp lục, khi hấp thu lượng tử ánh

sáng chuyển thành trạng thái kích thích Ở trạng thái kích thích dưới tác dụng của ánh sáng tiếp tục chlorophyl trở thành chất cho điện tử Chất nhận điện tử đầu tiên trong chuỗi phosphoryl hóa là

protein –ferredoxin có chứa sắt Khi nhận điện tử thì ferredoxin chuyển thành trạng thái khử:

Ferredoxin-Fe +e- → Ferredoxin-Fe

có thế năng l à E0=-0,435volt

2+

3+

 Vì là chất khử mạnh, nên ferredoxin-Fe2+

chuyển điện tử cho chất vận chuyển trung gian tiếp theo là cytochrom b6, có thế năng là :

E0 =-0,060volt và khử cytochrom này Từ

cytochrom b6, lại được chuyển điện tử cho

cytochrom f, có thế năng là E0 =+ 0,365volt, cuối cùng điện tử quay trở lại chlorophyl

 Trong quá trình vận chuyển điện tử, có sự

tham gia của các hệ thống enzyme đặc hiệu, nên hình thành các liên kết phosphoryl giầu năng lượng ATP mà không có tham gia của bất kỳ một chất cho hay chất nhận điện tử nào khác

 Đó là nét đặc trưng của quá trình phosphoryl hóa vòng và có thể trình bày theo phương trình tổng quát:

nADP +n P→ n ATP +n H2O

 Quá trình phosphoryl hóa vòng không đủ thỏa mãn năng lượng để khử CO2 cho nên trong

quang hợp còn có thể có quá trình khác bổ

sung, đó là qúa trình phosphoryl hóa không

vòng để cung cấp ATP và NADPH cho đồng hóa CO2

Quang Phosphoryl hóa không vòng (Noncyclic Photophosphorylation)

H2O + ADP + P +2NADP + ATP +2NADPH + ½ O2

Enzym →

hν

 Con đường không vòng thực hiện bởi hệ sắc tố sóng ngắn và sóng dài bao gồm: clorophin a có cực đại hấp thu ở bước sóng λ< 680nm và các sắc tố phụ khác.P680 là trung tâm phản ứng của phản ứng sáng II.

 Chất nhận điện tử đầu tiên của PSII là C550

 Các sản phẩm của quá trình quang phosphoryl hóa không vòng là ATP, NADPH và oxy, do đó

có thể viết phương trình tổng quát như sau:

2NADPH +O2

Hiệu quả năng lượng của quá trình

1 Quá trình Quang Phosphoryl hóa vòng:

Trong quá trình này cứ trung bình 4 photon

ánh sáng đỏ thì vận chuyển được 4 điện tử và tạo được từ 2 đến 4 ATP (1 ATP =9kcal) Một photon ánh sáng đỏ có năng lượng là 42 Kcal, hiệu suất năng lượng tối đa có thể có của quá trình này là:

(9x4/42x4)x100% = 22%

Hiệu quả năng lượng của quang phosphoryl

hóa không vòng cao hơn so với quang

phosphoryl hóa vòng

 Kết quả của quá trình quang Phosphoryl hóa không vòng là một phần quang năng bị biến đổi

được dùng vào việc tạo thành ATP, phần còn lại được dùng để tạo NADPH-H (=52 Kcal) và giải phóng O2

 Tỷ lệ foton: điện tử: NADPH-H:ATP là

4:2:1:1 Như vậy hiệu suất năng lượng của quá

trình này là:

 [(52+9)/168]x 100% = 36%

Sự khác nhau giữa hai quá trình quang Phosphoryl hóa

1 Quang Phosphoryl hóa vòng (Cyclic

Không tạo thành carbonhydrat (No carbohydrate made)

2. Quang phosphoryl hóa không vòng

3. (Noncyclic photophosphorylation)

 Điện tử được chuyển hóa từ sự phân ly nước

(e- derived from splitting of water)

 Giải phóng ra Oxy phân tử (Releases

molecular oxygen)

 Tạo Carbonhydrat là NADPH (chất nhận e

cuối cùng) để tham gia vào chu trình Calvin (Makes carbohydrate b/c NADPH (terminal e-

acceptor) passes to the Calvin Cycle)

 Sử dụng P700 và P680 (Uses P700 and P680)

Sản phẩm

H 2

Axit sucxinic Axit fumaric

Bchl (P890)

Ubikinon

Fd

Flavoprotein (FMN) NAD

Hem – protein từ Rhodospirium

Xytocrom b

ADP ATP

hv

Quang hợp ở một số loài khác

Sơ đồ vận chuyển điện tử ở vi khuẩn quang hợp Rhodospitillum

Quang hợp ở vi khuẩn và tảo

Quá trình quang hợp ở vi khuẩn có những nét khác biệt so với thực vật bậc cao:

Chất cho điện tử là H hay các hợp chất S ở dạng khử đều là những chất khử mạnh hơn H2O và các hợp chất hữu cơ.

Bacterial Photosynthesis

C ch quang h p vi khu n tía, vi khu n xanh và vi khu n helio.