Tài liệu CHƯƠNG VI. QUANG HỢP (PHOTOSYNTHESIS) pptx

Pha sáng Chuyên hóa quang năng thành hóa năng: Tông hợp NADPH từ NADP+ ADP +ẹPh Infrared Microwaves Radio waves on: ; Pha tối Cô định CO2, tông hợp đường glucose Tiêu thụ ATP Tái t

VI.1 Đại cương về quang hợp - Phản ứng tổng quát

(PHOTOSYNTHESIS)

TS Nguyễn Hoài Hương

Điều kiện để thực vật quang hợp: CO; + H;O + ánh sáng mặt trời

3) Hai pha của quang hợp

2) Phản ứng tổng quát

6CO; + 12H„O + anh sang ©¿H;;Oạ + 6H;O+ 6O,

| À

Chấtoxyhóa Chất khử

O; sinh ra từ đâu?

1950, các nhà khoa học dùng C'°O, hoặc H;'?O nghiên cứu,

khí 8O ; chỉ thoát ra khi dùng H;'8O

=> Trong quang hợp O; sinh ra từ HạO

12H„O

Sản phẩm CgH;¿O ¢ 6H„O |_ 6O,

Pha sáng VI 2 Pha sáng

Chuyên hóa quang năng thành hóa năng:

Tông hợp NADPH từ NADP+

ADP +ẹPh

Infrared Microwaves Radio waves

on:

; Pha tối

Cô định CO2, tông hợp đường glucose

Tiêu thụ ATP

Tái tạo NADP+

2) Các thí nghiệm khám phá pha sáng Vi khuẩn hiếu khí b) Thí nghiệm xác định các sắc tố quang hợp

a) Thí nghiệm khám phá ánh sáng

hâp thụ

- Lăng kính tạo phổ ánh sáng từ đỏ

sang tím

hợp

- Để tảo ngập nước trong lam kính,

hấp thụ tốt nhất

Tách các sắc tố quang hợp bằng sắc ký giấy

Đồ thị biểu diễn ánh sáng hấp thụ bởi ba loại sắc tố J9 -— tham gia quang hợp

500 600

Wavelenga

c) Do phỏ hắp thụ của các sắc tố quang hợp

4) Phản ứng quang hóa của phân tử sắc tố

Nguyên tắc kích hoạt của photon ánh sáng

Mức kích

hoạt

“hot,

Mức căn sek ban “” 1 “sy a

S

\ CHRO sac rophyll b) 3) Hệ thống hấp thụ

Câu trúc vòng Tntenna hap thy anh sang

Chlorophyll Stroma molecules

nước bám vào Thylakoid interior

löplpidđôi ; phạn tử sắc tố chlorophyll a va cdc sac t6

phụ sắp xêp trên mang thylakoid tao thanh một hệ thông hập thụ ánh sáng gọi là

kich thich Sg

“2 đầu tiên nhận

® e- từ trung

Electron bị kích thích

acceptor

Photon

Trung tâm phản ứng (phân tử chlorophyll)

Chlorophyll molecules

wi — Hydrocarbon

„„ | tails

|

J T— Proteins

Quang hệ = antenna + trung tâm Một phân tử sắc tố bị kích thích có phản ứng + chât nhận điện tử thê phát huỳnh quang hoặc truyền đâu tiên + protein năng lượng sang phân tử sắc tô

khác

Hai kiểu quang hệ trong tự nhiên Quang hệ II (P680) Chlorophyll a & trung tam phan ứng hấp thụ ánh sáng đỏ ^.= 680 nm

Quang hệ I (P700)

Chlorophyll a & trung tam phản ứng hấp thụ ánh sáng đỏ A = 700 nm

5) Phản ứng oxy hóa khử trong luc lap

H;O — 2H: + 2e + 1/2O;

(quang phân nước cung cắp e- cho

chlorophyll a ở trung tâm phản ứng)

Chỉ" + A + e —› Chỉ + A-

Trung tâm phản ứng chlorophyll a ở trạng

thái kích thích (Chl”) truyền e- cho chất nhận

điện tử đầu tiên (A)

i

Tom lai

Ba khả năng truyền năng lượng của phân tử sắc tố khi bị

photon ánh sáng kích thích

>Phát nhiệt hoặc huỳnh quang (năng lượng vô ích)

> Truyền năng lượng cho phân tử sắc tố kế cận

> Truyền e- cho một chất nhận điện tử

Phản ứng oxy hóa khử trong lục lạp

Dòng e chuyên động từ nước đến quang hệ II - chuỗi quang hợp —

quang hệ I đến NADP- tổng hợp NADPH

Cơ chế hóa thẩm thấu tổng hợp ATP - quang phosphoryl hóa:

>Chuỗi quang hợp vận chuyền e- từ quang hệ II sang quang hệ I,

>Bom H: từ stroma vào thylakoid

>Khuếch tán của dòng H: trở lại stroma qua phức hợp ATP synthase cung cap

năng lượng tổng hợp ATP

6) Quang phosphoryl hóa không vòng và quang phosphoryl hóa

vòng

a) Quang phosphoryl hóa

vòng:

>Dòng e- chuyền động hình

chữ Z từ quang hệ II sang

quang hệ I qua chuỗi quang

hợp

>Dòng e- chuyển động hình tròn

từ quang hệ | qua chuôi quang hợp rôi trở vê quang hệ I

>Không cần quang phân H2O dé

cung cấp e-

>Chỉ tổng hợp ATP, không sinh

NADPH, không giải phóng O2

> Quang phân H2O để cung

Cap e-

>Téng hop ATP, NADPH,

giải phóng O2

>Hiệu suất năng lượng cao >Hiệu suất năng lượng thập

Chuỗi quang hợp gồm các protein:

PQ = Plastoquinone Cyt = Cytochrome b6/f

PC = Plastocyanin

Fd = Ferrodoxin NADP reductase

S ®

= ® go & Ũ ®

+

+ Photon Photon Photosystem II

Protons are actively transported to interior of thylakoid compartment by electrons from photosystem II

Stroma ATP synthase couples the formation of 0) +©P

Low concentration of H* ATP to the passive diffusion of protons (high pH) Bh P across the membrane ®

NADPH

ATP

|

Chuỗi quang hợp

Quang phosphoryl hóa không vòng: e-

chuyên động

hình chữ Z

1) Năng lượng ánh sáng truyền qua _2) Chuỗi quang

các phân tử sắc tố đến trung tâm hợp gồm Fd

phản ứng Chi Chỉ bị kích thích thành (Ferrodoxin) PQ

Chi* truyén e- cho chuôi quang hợp (Plastoquinone) và

"—“ '(' ÔÔÔ.Ô Ô

ATP theo cơ chê hóa

| ZA tham thau

4) e- từ chuỗi

quang hợp trả

lai cho Chl, bat dau lai vong quang

phosphoryl hdéa /

Quang phosphoryl hoa vong

4 bước của chu trình Calvin:

¥C6 dinh Carbon (CO, fixation)

vPhosphoryl hóa và khử

vPhóng thích G3P

vTái tạo RuBP

VI.3 Pha tối của quang hợp-Chu trình Calvin

1 Pha tối

- Không cần ánh sáng, không tạo năng lượng

- Sử dụng ATP và NADPH cố định C và tổng hợp chất hữu cơ

2 Chu trình Calvin

Melvin Calvin dùng !4CO; theo dõi số phận của C trong quang hợp (Giải Nobel 1961)

Cố định CO,

6CO,

¬—_>

RuBP Carboxylase

Oxygenase

(rubisco)

—————

6 C-C-C-C-C-C

Ru Be

Phosphoryl hóa và khử 6CO,

¬—_>

RuBP

Carboxylase

Oxygenase

(rubisco)

6 C-C-C-C-C-C

12 C-C-C 12 ADP + Pi

12 NADPH

12 NADP*

Chu trinh Calvin — Quang

— 6C-C-C-C-C-C

RuBP

Carboxylase-

Oxygenase

(rubisco)

RuBP 6C-C-C-C-C

6 ADP + Pi

6 ATP

10 C-C-C PGAL 12 ATP

12 C-C-C 12 ADP + Pi

12 NADPH

Glucose

Phóng thích PGAL va tai

6 C-C-C-C-C-C RuBP

Carboxylase-

Oxygenase

(rubisco)

6 ADP + Pi

6 ATP

12 C-C-C 12 ADP + Pi

Glucose

VI 4 Tổng biến đổi năng lượng của quang hợp

(glucose)

VI 5 Thực vật CAM và thực vật C4

1 Quang hồ hấp (photorespiration): tiêu thụ O;, giải phóng CO; ao xay ane g no nap

Khi trời nóng và khó, thiếu nước, khí khổng đón

Oxygenase

(rubisco)

%4

vecc € %

U A ~

Palisade mesophyll cell

RuBP 6C-C-C-C-C

‘olay 21 | t X J : w ,

Nos INAS ogy — CZK sheath cell snea ce A , , `

spongy (dau, lua, lua mi)

epidermis Stoma

C-C-C-C-C-C

Cơ chế quang hô hấp

7

+

RuBP 6C-C-C-C-C

by rubisco Plasma membrane

a " 0 j 2 Một số loài thực vật giảm thiéu quang ho hap cé co chế cố

CO; là cơ chất, Q„ là chất kìm hãm si

cạnh tranh của Rubisco

TT

Khi [CO ;] thấp, O; gắn vào Rubisco l RuBP (from GI

; \ Calvin-Benson cycle) _

2 z | |

2 Quang hợp C, : bắp, mía, cỏ dại

Gọi là C¿ vì hợp chất trung gian là C¿ thay vì C¿ như chu trình Calvin

Tế bào bao Diệp nhục

mạch lá

3 Thực vật CAM (Crassulacean Acid Metabolism)

Các cây họ Crassulaceae: mọng nước sống trong điều kiện t9

cao, độ ẩm thấp, đất mặn

Cố định CO; trong thực vat C,

bào mạch

(PEP=Phosphoenolpyruvate)

Cố định CO; trong thực vật CAM