Báo cáo đề tài quá trình quang hợp ở vi khuẩn

Báo cáo đề tài quá trình quang hợp ở vi khuẩn

ĐỀ Tài: QUÁ TRÌNH QUANG HỢP Ở VI KHUẨN

CẤU TRÚC ĐỀ TÀI

DAU oc eccccccceceeseccececceecseceecacescssuccssusessussssussesueessecersucesserensd

1 Lý do chọn 6 tai ccccceccecscecceceseecesceseseesesceseecessssesecesssenens

2

2 Mục đích nghiên cỨu .-. .-ccc<c<ccc se:

B.PHẨN NỘI DUNG - 2 c c5 St ccccEEreerrekercee

wed

IRNf0/42181/301ì0 07177 ấ

ILQuá trình quang hợp ở Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfure

I;lài J0

2

IIQuá trình quang hợp ở Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Purple

bacteria) 7

IV.Quá trình quang hợp ở Vi khuẩn Heliobacteria - -.‹ -

9

V Quá trình quang hợp ở Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfure

Mì NI :1vi¬0: 0 - H 4Ả 11

C.KẾT LUẬẬN 00111111115 151 5151518555555 51 11s sreno 12

TÀI LIỆU THAM KHẢO -c c c1 2911111153555 1 15511 ssg 12

A.MỞ ĐẦU :

1 Lý do chọn đề tài :

- Quang hợp là phương thức dinh dưỡng cỦa các sinh vật có khả năng

chuyển hóa quang năng thành hóa năng tích trong các chất hữu cơ Quang

hợp không chỉ là phương thức dinh dưỡng đặc trưng cho tảo và thực vật mà

còn có Ở các vi khuẩn quang hợp như : vi khuẩn lưu huỳnh màu lục(Green

sulfure bacteria)

- Tuy nhiên trong chương trình ta chỉ học quá trình quang hợp ở thực vật vì

vay toi chon dé tai “ Quá Trình Quang Hợp Ở Vi Khuẩn “ làm đề tài nghiên

fz

cưu

2 Mục đích nghiên cứu :

Tìm hiểu được quá trình quang hợp của vi khuẩn

3 Đối tượng nghiên cứu :

Nghiên cứu về quá trình quang hợp của vi khuẩn

SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh - KTNN K09 2

4 Pham vi nghiên cứu :

Mộit số loài vi khuẩn quang hợp tiêu biểu

5 Phương pháp nghiên cứu :

* Phương pháp phân tích và tổng hợp lí thuyết :

Thu thập thông tin thông qua internet, giáo trình, sách

* Phương pháp thực nghiệm :

Thông qua việc thực hành quan sát ở phòng thí nghiệm

B.NOI DUNG :

I.Nguyén ly chung :

- Đối với tảo và thực vật, sắc tố quang hợp chủ yếu là clorophyl, carotenoit

va xantophyl 6 tao va tv bac thấp

A

chlorophyll b

chlorophyll a

rs

a

—

2

<I,

Hình 1 Quang phổ hấp thụ của clorophyl

- Ở vi khuẩn lưu quang hợp thì sắc tố là bacteriorodopxin, bacterioclorophyl

va bacteriopheophitin

+ Chúng thuộc loại tự dưỡng quang năng, có thể sử dụng CO2 làm nguồn

cacbon tổng hợp nên chất hữu cơ của cơ thể, dưới tác động của năng lượng ánh sáng mặt trời Phương trình có thể biểu diễn như sau:

2CO; + H;S + 2H;O (CH;O) + H;SO,

- Trong quá trình oxi hóa H;S, lưu huỳnh được tích lũy Sau đó S được

chuyển hóa thành SO, va dần dần ra ngoài Vi khuẩn cũng có thể dùng đồng thời H;S như chất cho H trong cả quá trình quang hợp

SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh - KTNN K09 4

- Tất cả các vi khuẩn quang hợp đều chứa sắc tố quang hợp Sắc tố quang

hợp ở vi khuẩn được gọi là bacteriochlorophyll Chlorophyll

vàbacteriochlorophyll còn được gọi là chất diệp lục và chất khuẩn lục

+ Chất diệp lục, chất khuẩn luc và huyết sắc tỐ có cấu trúc tương tự như nhau Đó là một vòng pocphiril do 4 nhân pirol liên kết với nhau Lơi của chất diệp lục và chất khuẩn lục là Mg, còn lơi của huyết sắc tố là Fe, chất

diệp lục a khác với chất khuẩn lục a,b,c,d,e ở 7 gốc R (từ R1 đến R7)

+ Ngoài các loại chlorophyll vi khuẩn tự dưỡng quang nãng còn có chứa

một số các sắc tố thuộc loại carotenoit Carotenoit ở vi khuẩn không giống

với carotenoit Ở tảo hoặc thực vật

- Ở vi khuẩn tự dưỡng quang nãng có hai loại phosphory]l hóa quang hợp:

+ Phosphoryl hóa quang hợp tuần hoàn

+ Phosphoryl hóa quang hợp không tuần hoàn

- Quá trình quang hợp ở vi khuẩn lưu huỳnh màu lục 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 H;O và các hợp chất hữu cơ

CO; + 2H;S (ánh sáng) CH;O + 2S + H;O

+ Trung tâm phản ứng là P840

+ Quá trình phosphoryl hóa quang hop liên quan tới NAD chứ không phải NADP như ở thực vật bậc cao

+ Được tiến hành trong điều kiện yếm khí, quá trình khử CO; được gắn

liền với quá trình oxy hóa của thực thể vô cơ hoặc hữu cơ Quá trình này

không thải khí O› mà cũng không hút CO: Vai trò cỦa ánh sáng chỉ là để tạo ATP

II.Quá trình quang hợp ở Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfure

bacteria) :

- Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục(Green sulfure bacteria) ky khí bắt buộc, có

khả năng quang tự dưỡng vô cơ

(photolithoautotroph), tẾ bào có

chứa chlorophyll a cùng với b, c

hoặc e, chứa caroten nhóm 5

- Hệ thống quang hợp liên quan

đến các lục thể (chlorosom) và

độc lập đối với mang sinh chất

Để dùng làm nguồn cho điện tử

(electron donors) trong quang

hợp thường sử dụng H2, H2S

hay S Hạt lưu huỳnh tích luỹ

bên ngoài tế bào không có khả

năng di động , một số loài có túi

khí; tỷ lệ G+C là 48-58%

- Đặc trưng của quang hợp Ở vi

khuẩn lưu huỳnh màu lục(Green

sulfure bacteria) la quá trình

Green sulfur bacterium

a

0.75

-0.5 0.29

+0.25 paqa+"ss3

Light

Hình 2 Sơ đồ quang hợp vi khuẩn lưu

huỳnh màu lục(Green sulfure bacteria)

quang hợp bắt đầu từ trung tâm phan Ung P840 dưới tác động của ánh sáng

electron được vận chuyển ngược chiều điện trường (từ +0,25V đến >-1V ),

electron được chuyển di theo chuỗi chuyển vận electron bắt đầu từ

P840(Eo= -1.5V) + Chla(Eo= -1V) > Fes(Eo= -0,75V) + Fd (Eo= -0,4V)

SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh - KTNN K09 6

+ Q(Eo= 0V) ¬ Cytbc;(Eo= 0.10V) — Cytczz(Eo= 0.20V) ~ P840(Eo= 0.25V) + P840(Eo= -1.5V)

- Trong điều kiện ky khí vi khuẩn lưu huỳnh màu lục(Green sulfure bacteria) quang hợp có thể sử dụng năng lượng của ánh sáng để thực hiện

phản ứng phosphoryl hóa sản sinh ra ATP Electron tỪ bacteriochlorophyll

được tách ra dưới tác dộng cỦa ánh sáng, sau đó tham gia vào chuỗi hô hấp

tuần hoàn và quay trở lại Bchl Trên đường đi đã sản sinh ra ATP Việc sinh

ra ATP được thực hiện riêng rễ với việc sinh ra [H] có năng lực khử [H] có năng lực khử được sinh ra tỪừ các chat v6 co cho hydrogen (nhu H2S ).Qua trình quang hợp

này không sản sinh ra oxi

- Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục(Green sulfure bacteria) có thể sử dụng các

hợp chất lưu huỳnh như là nhà tài trợ điện tử cũng như các nhà tài trợ hydro

hữu cơ.Trung tâm phản ứng của vi khuẩn lưu huỳnh màu xanh lá cây tương

tự như các quang tôi phản ứng trung tâm cỦa các sinh vật oxy Các trung

tâm FeS ở trung tâm phan ứng có thể làm giảm NAD + (hoặc NADP +) bởi

ferredoxin và ferredoxin-NAD (P) + oxidoreductase enzyme, do đó vi khuẩn

lưu huỳnh màu xanh không nhất thiết phải phụ thuộc vào dòng điện tử ngược lại để giảm carbon Hệ thống ăng ten của vi khuẩn lưu huỳnh màu

xanh lá cây là bao gồm các bacteriochlorophyll và carotenoids và được chứa

trong khu phức hợp được biết đến như một chlorosomes được gắn vào bề mặt của màng tế bào quang hợp Sự sắp xếp này ăng-ten tương tự như các phycobilisomes của vi khuẩn Green vi khuẩn lưu huỳnh có thể sửa chữỮa CO2 mà không RuBisCO Nó đã được đề xuất rằng họ thực hiện điều này bằng cách sử dụng các chuỗi hô hấp thường bị ôxi hóa carbon (gọi là chu kỳ

Krebs), dẫn đến việc phát hành CO2 Với năng lượng đầu vào của quá trình

này có thể được chạy theo hướng ngược lại, dẫn đến sự hấp thu, giảm khí

CO2

Hình 3 Vi khuẩn lưu |

-0.5

E„ (V)

-0.25

0

LH.Quá trình quang hợp_

mau tia (Purple bacteria) +0.5 fan

Light

SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Hình 4 Sơ đồ quang hợp ở vi khuẩn lưu

huỳnh màu tía (Purple bacteria)

- Thuộc nhóm này là các vi khuẩn ky khí bắt buộc, có khả nãng quang tự dưỡng vô cơ

(photolithoautotroph), tế

bào có chứa chlorophyll a

hoặc b , hệ thống quang

hợp chứa các màng hình

cầu hay hình phiến

(lamellar) gắn với màng

sinh chất

- Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors) trong quang hợp thường

sử dụng H2, H;S hay S Có

khả nãng di động với tiên

mao mọc Ở cực, có loài chu mao, tỷ lệ G+C là 45-70%

- Đặc trưng của quang hợp ở vi khuần lưu huỳnh màu tía (Purple bacteria) là quá trình quang hợp bắt đầu từ trung tâm phản ứng P870 dưới tác động của ánh sáng electron được vận chuyển ngược chiều điện trường từ +0.5V đến -0.9V

- Chuỗi vận chuyển điện tử bắt đầu từ trung tâm phản ứng P870 ở điện thế Eo = +0.5V dưới tác động của ánh sáng electron được chuyển đến P870

ở điện thế Eo = - 0.9V — BChIBPh (Eo= -0.75V) — QCytbc:+ NADH (Eo=

0.10V) _ Cytca (Eo= 0.40V)— trung tâm phản ứng P870 (Eo= 0.5V)

- Điện tử đang vận chuyển từ quinone thông qua một loạt các protein sắt- lưu

huỳnh (FeS) va cytochromes (Cyt) trở lại trung tâm phản ứng (P870) Day 1a bC1 cytochrome phức tạp tương tác với các hồ bơi quinone trong dòng điện

tỬ quang như là một động lực proton (PMF) được sử dụng để lấy được

tổng hợp ATP Bên cạnh ATP, NADP hoặc NADPH cũng được sản xuất

bởi vi khuẩn màu tím sử dụng H;S (cũng S;0;;-, S0 và thậm chí Fe; +) như

các nhà tài trợ điện tử bên ngoài Khi H;S là nhà tài trợ điện tử, các giọt lưu

huỳnh được lưu trữ bên trong các tế bào của vi khuẩn tím

- Một dòng điện tử đảo ngược hoạt động trong vi khuẩn tím để giảm NAD

+ để NADH Các H;S giảm hoặc H;SO›;-(thiosulphate) được oxy hóa bởi

cytochromes và electron từ họ cuối cùng đã kết thúc trong hồ boi quinone

Tuy nhiên, tiềm năng năng lượng của quinone là không đủ tiêu cực để giảm

NAD + trực tiếp Do đó, các điện tử từ các hồ bơi quinone buộc lạc hậu để

Hình 5 Vi khuẩn lưu huynh mau tia (Purple bacteria)

giảm NAD + để NADH Quá trình này đòi hỏi năng lượng điện tử được gọi

là đảo ngược dòng chảy

IV.Quá trình quang hợp ở Vi khuẩn Heliobacteria :

- Các heliobacteria

SVTH: Huỳnh Ngọc Thạch Lớp: ĐHSP Sinh - KTNN K09 10

duoc phototrophic , do là

họ chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa hoc bang

quang ,sử dụng mộit loại hình trung

tâm phản ứng PSI Các sắc tố chính tham gia là

bacteriochlorophyll g, mà là duy nhất cho nhóm và có phổ hấp thụ đặc biệt, điều này cho phép các

heliobacteria thích hợp của môi trường

- Đặc trưng của quang hợp ở vi khuần heliobacteria là quá trình quang hợp

bắt đầu từ trung tâm phản ứng P798 dưới tác động của ánh sáng electron được vận chuyển ngược chiều điện trường từ +0.25V đến -1.3V

- Chuỗi vận chuyển điện tử bắt đầu từ trung tâm phản ứng P798 ở điện

thế Eo = +0.25V dưới tác động của ánh sáng electron được chuyển đến

P870 ở điện thế Eo = - 1.3V — Chla-OH (Eo= -1.06V) = FeS(Eo= -0.75V)

Cytcssa(Eo=0.20V) — trung tém phản ứng P789 (Eo= 0.25V)

Phototrophy diễn ra tại màng tế bào, mà không hình thành nếp gấp hoặc

ngăn giống như trong vi khuẩn tím phototrophic Mặc dù heliobacteria được phototrophic, có thể phát triển mà không có ánh sáng bằng cách lên men của

Dyruvate

Heliobacteria được photoheterotrophic , đòi hỏi nguồn carbon hỮUu cơ, va

được độc quyền ky khí Cho đến nay heliobacte ria chỉ được tìm thấy trong đất, và có vẻ phổ biến ở các vùng đất ngập nước của ruộng lúa Họ

la avid fixers nito va do đó có lễ quan trọng trong khả năng sinh sản của

cánh đồng lúa

V Quá trình quang hợp ở Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía

(Nonsulfure purple bacteria) :

- Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía là nhóm vi khuẩn quang dị dưỡng hữu

cơ (photoorganoheterotrophs) thường ky khí bắt buộc, một số loài là quang

tự dưỡng vô cơ không bắt buộc (trong tối là hoá dị dưỡng hữỮu cơ

(chemoorganoheterotrophs)

- Không vi khuẩn lưu huỳnh màu tía thường sử dụng một nhà tài trợ điện tử

hữu cơ, chẳng hạn như succinat hoặc malat, nhưng cũng có thể sử dụng khí

hydro Vi khuẩn lưu huỳnh sử dụng một hợp chất lưu huỳnh vô cơ, như là

hydrogen sulfide là nhà tài trợ điện tỬ Con đường duy nhất để định hình

carbon của vi khuẩn màu tím là chu trình Calvin Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía phải sửa chỮa CO2 để sinh sống, trong khi vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía có thể phát triển aerobically trong bóng tối bằng cách hô hấp trên một nguồn carbon hữu cơ

- TẾ bào chứa | E%/)

chlorophyl a hoặc b, hệ

thông quang hợp chua |

các màng hình cầu hay œ > Hl

gắn với màng sinh chất 0+ Qa

Để dùng làm nguồn cho |

dién tur (electron donors) ant tục

trong quang hợp thường |

sử dụng chất hữu cơ,

Hình 7 Sơ đồ quang hợp ở vi khuẩn lưu

SVTH: Huỳnh Ngọc VTH: Huỳnh Ngọc Thạch Thạc huỳnh màu tía (Purple bacteria) ` 3H #í

đôi khi sử dụng hợp chất lưu huỳnh dạng khử hoặc H2 Có khả nãng di

động với tiên mao mọc ở cực, hoặc không di động, một số loài có túi khí

(gas vesicles), tỷ lệ G+C là 61-72%

- Đặc trưng của quang hợp ở vi khuần không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfure

purple bacteria) là quá trình quang hợp bắt đầu từ trung tâm phản ứng P870 dưới tác động của ánh sáng electron được vận chuyển ngược chiều điện

trường từ +0.65V đến -0.90V

- Chuỗi vận chuyển điện tử bắt đầu từ trung tâm phản ứng P870 ở điện thế Eo = +0.65V dưới tác động của ánh sáng electron được chuyển đến P870* ở điện thế Eo = - 0.90V - BPheo (-e) (Eo= -0.5V) —~ Qa(Eo= 0V) —

Q-pool(NADP”)(Eo= 0V)—¬ Cytbc,(Eo= -0.04V) ¬ Cytca(Eo= 0.25V) =|

P870*(Eo= 0.65) ¬ trung tâm phản ứng P870 (Eo= 0.65V)

- Việc xác định cấu trúc ba chiều của Trung tâm phản ứng của vi khuẩn

không lưu huỳnh màu tía, Rhodopseudomonas viridis và Rhodobacter

sphaeroides, đã cung cấp một cơ hội chưa từng có để hiểu được cấu trúc và chức năng cUa trung tâm phản ứng quang hop Trung tâm phản ứng có bốn bacteriochlorophyll và hai phân tử bacteriopheophytin Hai trong số các mẫu

phân tử bacteriochlorophyll nha tài trợ chính (P870) Hiện nay, có tranh cãi

về việc liệu một phân tử bacteriochlorophyll là một trung gian trong chuyển electron từ P870 để bacteriopheophytin Tuy nhiên, có thỏa thuận rằng các bước còn lại bao gồm hai phân tỬ quinone (QA và QB) và hai doanh thu của các kết quả trung tâm phản ứng trong bản phát hành của quinone giảm (QH2) vào trong màng tế bào quang hợp Mặc dù có một Fe không phải

heme gitfa hai phan tU’ quinone, có bằng chứng thuyết phục rằng Fe này