Bài giảng Sinh lý học thực vật: Chương 5 - TS. Trần Thế Hùng

Bài giảng Sinh lý học thực vật: Chương 5 Hô hấp của thực vật, cung cấp cho người học những kiến thức như: Bản chất của hô hấp; Hô hấp kỵ khí và lên men; Các bước chính của quá trình hô hấp;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương V – Hô hấp của thực

vật

Bản chất của hô hấp

• Hô hấp là sự giải phóng năng lượng từ phâ

n tử glucose được phân hủy thành các phâ

Hô hấp kỵ khí và lên men

• Khi chưa có ôxi trong địa chất trước đây

• Đến nay: một số vi khuẩn và sinh vật

• Gi i phóng ít h n 6% năng l ả ơ ượ ng so v i hô h p hi ớ ấ ế

u khí, năng l ượ ng đ ượ ư c l u tr  chi m kho ng 29%  ữ ế ả (48 Kcals năng l ượ ng gi i phóng) ả

• Quan tr ng trong m t s  ngành công nghi p ọ ộ ố ệ

• Hô h p làm gi m cấ ả ường đ  quang h p. ộ ợ

• Hô h p sáng làm gi m m nh quang h p do phấ ả ạ ợ

ân hu  nguyên li u quang h p, c nh tranh ánh ỷ ệ ợ ạsáng v i quang h p.ớ ợ

Các bước chính của quá trình h

ô hấp

• Đường phân (Glycolysis):

- Giai đo n quan tr ng đ u tiên di n ra trong tạ ọ ầ ễ

 bào ch t và không c n oxy

- Có ba bước chính và vài bước nh  h n, m i ỏ ơ ỗ

bước được đi u khi n b i m t enzyme. ề ể ở ộ

- Gi i phóng m t lả ộ ượng nh  năng lỏ ượng và m

t s  nguyên t  hydro đ c l y ra t  các h p 

ch t có ngu n g c t  m t phân t  glucose.ấ ồ ố ừ ộ ử

• 1. Trong m t lo t các ph n  ng, phân t  glucộ ạ ả ứ ửose s  chuy n thành phân t  fructose mang haẽ ể ử

i ph t phát (P) (photphotin hóa).ố

• 2. Phân t  đử ường fructose được phân c t thànắ

h hai m nh 3­carbon g i là glyceraldehyde 3­ả ọphosphate (GA3P)

• 3. M t vài hyđrô, năng lộ ượng, nước được loạ

i ra t  nh ng m nh 3­carbon, đ  l i axit pyruừ ữ ả ể ạvic (t o axit pyruvic).ạ

• Hai phân tử ATP cung cấp năng lượng cầ

n thiết để bắt đầu quá trình đường phân

• Đến khi hình thành axit pyruvic, bốn phân

tử ATP được giải phóng (+ 2 phân tử ATP)

• Năng lượng vẫn còn trong axit pyruvic, dẫ

n đến các ion hydro và điện tử năng lượng cao được giải phóng trong suốt quá trình t

ạm thời được nắm giữ bởi một phân tử ch

ất nhận, NAD (nicotinamide adenine dinucleotide)

• Quá trình xảy ra tiếp phụ thuộc vào loại hô hấp

Chu trình Crebs (chu trình acid

citric)

• Chu trình acid citric diễn ra trong cơ chất c

ủa ty thể

• Trước khi vào chu trình:

• Khí cacbonic được giải phóng từ axit pyruvic

• Những gì còn lại là tái cấu trúc để tạo một nhóm 2-carbon acetyl

• Nhóm acetyl này kết hợp với một phân tử chất nhận gọi là coenzyme A (CoA)

• Sự kết hợp này (được gọi là acetyl CoA) s

au đó đi vào chu trình acid citric, là một lo

ạt các phản ứng sinh hóa được xúc tác bở

i các enzym

• M t ít năng lộ ượng ban đ u b  gi  l i trong phân ầ ị ữ ạ

t  glucose đử ược gi i phóng trong su t quá trình ả ốglycolysis

• Trong su t chu trình Crebs, các đi n t  năng lố ệ ử ư

ng cao và hydro đ c liên t c lo i b

• S  lo i b  này kéo theo m t lo t các axit h u cự ạ ỏ ộ ạ ữ

 và sau s  v n chuy n, cu i cùng t o ra các h

p ch t nh  NADH (reduced nicotinamide adeni

ne dinucleotide) và FADH2 (reduced flavin adeni

ne dinucleotide), cũng nh  m t lư ộ ượng nh  ATP.ỏ

• CO2 là s n ph m đả ẩ ượ ạc t o ra liên t c trong quá ụtrình.  

• Các đi n t  đi qua m t chu i các phân t  chệ ử ộ ỗ ử ấ

t mang, nhi u trong s  đó là m t ph n c a phề ố ộ ầ ủ

• S  di chuy n con thoi c a các proton gây ra tíự ể ủ

ch t  các proton bên ngoài ma tr n ty th , thiụ ậ ể

•  Vi c t o ATP s  d ng l i n u có không có cệ ạ ẽ ừ ạ ế

ác nhà tài tr  đi n t  ho c ch t nh n đi n tợ ệ ử ặ ấ ậ ệ ử oxy

• Các phân t  ch t nh n bao g m các protein cử ấ ậ ồ

ó ch a s t g i là cytochromes. ứ ắ ọ

• Năng lượng được gi i phóng tăng ch m   mả ậ ở

i b c d c theo h  th ng, và ATP đ c t o 

• Hô hấp hiếu khí sử dụng một phân tử glucose + 6 phân tử oxy tạo ra 36 phân tử ATP, 6 phân tử carbon dioxide và 6 phân tử nước

• Với 1 mole (180 gram) glucose bằng hô h

ấp hiếu khí, giải phóng 686 Kcal năng lượ

ng, với khoảng 39% được giữ trong các phân tử ATP, phần còn lại được giải phóng dưới dạng nhiệt

y nhiên trong hô h p k  khí đấ ỵ ường phân ch  xỉ

y ra giai đo n phân hu  glucose thành Axit p

yruvic và NADH2 còn giai đo n NADH2 thạ ự

c hi n chu i hô h p không x y ra do không cệ ỗ ấ ả

ó O2. B i v y k t qu  đở ậ ế ả ường phân trong hô 

h p k  khí là:ấ ỵ

• C6H12O6     =>   2CH3COCOOH +  2NADH2

• Giai đo n hai c a hô h p k  khí là bi n đ i aạ ủ ấ ỵ ế ổxit pyruvic thành các s n ph m nh  etanol, axả ẩ ư

it lactic,   Đây là quá trình lên men. Tu  theo ỳ

s n ph m c a quá trình mà có các quá trình lêả ẩ ủ

n men khác nhau nh  lên men rư ượu, lên men lactic 

• Phần lớn năng lượng bị giữ lại trong axit lactic, hoặc các hợp chất khác được tạo ra.

• Trong hô hấp kỵ khí, hydro được lấy ra từ các phân tử glucose trong quá trình glycolysis được kết hợp với một ion vô cơ, ví dụ, khi lưu huỳnh vi khuẩn

(được thảo luận trong chương 17) chuyển đổi sulfat (SO4) lưu huỳnh (S)

hoặc một hợp chất lưu huỳnh hoặc khi mộ

• 7% của tổng số năng lượng trong một phâ

n tử glucose bị mất đi trong quá trình

hô hấp kỵ khí hoặc lên men

• Phần lớn năng lượng đi vào quá trình lên men rượu hoặc axit lactic hoặc là tiêu tan dưới dạng nhiệt

• Chỉ có hai phân tử ATP được tạo ra

Ảnh hưởng của các điều kiện

bên ngoài đến hô hấp

• Nhiệt độ:

Nhiệt độ đóng vai trò chính trong tỷ lệ nhiề

u phản ứng khác nhau xảy ra Ví dụ, khi nhiệt độ không khí tăng từ 20°C lên đến 30

°C, tỷ lệ hô hấp thực vật tăng gấp đôi và đ

ôi khi thậm chí gấp ba

• Hô hấp xảy ra nhanh hơn, năng lượng giải phóng nhiều hơn, trọng lượng giảm

• Các tế bào hô hấp chuyển đổi năng lượn

g được lưu trữ như tinh bột hoặc đường thành ATP, nhưng phần lớn năng lượng bị mất dưới dạng nhiệt, với chỉ có 39% chuy

ển đổi thành ATP

• Tác dụng thực phẩm để trong tủ lạnh?

• Hầu hết các enzim sẽ ngừng kích hoạt khi nhiệt độ trên 40 0C

• Trong hô h p nấ ước v a là s n ph m v a là nừ ả ẩ ừguyên li u tr c ti p tham gia vào c  ch  hô hệ ự ế ơ ếp

ấ

• Là môi trường cho các ph n  ng trong t  bàoả ứ ế

• T  bào s ng: 90%, h t gi ng trế ố ạ ố ưởng thành: 10%

• Khi hàm lượng nước trong mô b  gi m đ t nị ả ộ

g t (h n hán, nhi t đ  cao) hô h p l i tăng mộ ạ ệ ộ ấ ạ

nh nh ng hi u qu  năng l ng l i th p. Nă

ng lượng th i ra không tích l i   d ng ATP ả ạ ở ạ

mà ph n l n th i ra   d ng nhi t làm cho nhiầ ớ ả ở ạ ệ

t đ  c  th  tăng lên có th  d n đ n hi n t

ng ch t khô c a cây

Không khí

• Cây ngập úng lâu ngày sẽ chết?

• Lưu trữ thực phẩm: giảm oxy (không dưới 1%?)

• Hàm lượng O2 cao kích thích hô hấp hiếu khí, làm tăng quá trình hô hấp Ngược lại, hàm lượng O2 giảm hô hấp giảm và chuy

ển sang dạng hô hấp kỵ khí

• Hàm lượng CO2 của môi trường?

• Phụ thuộc vào thành phần khí trong gian b

ào Trong gian bào hàm lượng O2 thấp h

ơn môi trường (7-18%) còn hàm lượng CO2 cao hơn trong môi trường (0,9-7,5%)

• Thay đổi tuỳ loài cây, tuỳ loại mô, các mô càng nằm sâu trong cơ thể thì hàm lượng khí càng thấp nhất là O2

• Ở những mô này hàm lượng khí trong gia

n bào ảnh hưởng đến hô hấp mạnh hơn h

àm lượng khí trong môi trường

•

Chất khoáng

• Các nguyên tố khoáng, đặc biệt là các nguyên tố vi lượng có ảnh hưởng nhiều mặt đến hô hấp

• Vai trò quan trọng nhất của chất khoáng đ

ối với hô hấp là ảnh hưởng đến hoạt tính

hệ enzime hô hấp Phần lớn các chất khoáng có tác dụng kích thích hoạt tính các enzime nên làm tăng hô hấp

• Bên cạnh đó cũng có nhiều chất khoáng c

ó tác dụng ức chế hoạt tính enzime nên gi

ảm hô hấp Bởi vậy việc điều hoà tỷ lệ chấ

t khoáng hợp lý có ý nghĩa quan trọng tron

g việc điều chỉnh hô hấp

Ánh sáng

• Trước đây người ta cho rằng hoạt động củ

a hô hấp không chịu ảnh hưởng của ánh sáng Nhưng nhờ những phương pháp nghiên cứu mới như sử dụng đồng vị phóng x

ạ các nhà khoa học đã xác định được ánh sáng có ảnh hưởng đến hô hấp

• Trước hết ánh sáng ảnh hưởng đến quan

g hợp mà quang hợp là quá trình cung cấ

p nguyên liệu cho hô hấp

• Ánh sáng cũng ảnh hưởng trực tiếp đến h

ô hấp ở nhiều loại cây ánh sáng kích thíc

h hô hấp Câu ưa bóng hô hấp nhạy cảm

với ánh sáng hơn cây ưa sáng Ánh sáng

bước sóng ngắn ảnh hướng đến hô hấp mạnh hơn ánh sáng bước sóng dài

• Đặc biệt quan trọng là sánh sáng là yếu tố trực tiếp của hô hấp sáng Hô hấp sáng lu

ôn đồng biến với cường độ ánh sáng

• Tính chất hệ oxy hoá khử, con đường biế

n đổi cơ chất cũng mang tính đặc trưng ch

o loài Như ở một số nhóm cây trong họ c

ải, họ bầu bí chứa nhiều enzime ascob

in oxylase và peroxydase nên con đường

hô hấp nhóm cây này có nhiều hướng khá

c các nhóm cây khác về cơ chất hô hấp v

ề chuỗi hô hấp Hay nhóm cây chứa nhiều lipid thì trong tế bào chứa nhiều hệ enzim

e lipase và hệ enzime chuyển hoá axit béo

• - Hệ số hô hấp ở các loài khác nhau cũng khác nhau do sử dụng cơ chất chủ yế

u không giống nhau Cây nào sử dụng nguyên liệu hô hấp chủ yếu là gluxit thì HSH

H = 1, cây nào sử dụng cơ chất hô hấp là axit hữu cơ thì HSHH > 1, còn cây nào ch

ứa nhiều protein, dùng protein làm cơ chất thì HSHH < 1

• Tuổi cây.

• Hô hấp còn chịu ảnh hưởng của quá trình phát triển cá thể của cây Thường càng về già cường độ hô hấp càng giảm, con đườ

ng biến đổi cơ chất chuyển từ đường phâ

n – chu trình Crebs sang pentozo P Cây càng già hiệu quả năng lượng càng giảm

• Ngoài ảnh hưởng của thành phần loài, tuổ

i cây đến hô hấp, các cơ quan khác trên c

ây cũng có quá trình hô hấp khác nhau do đặc trưng sống, chức năng sinh lý của chúng khác nhau

• Chất điều hoà sinh trưởng.

• Các chất đIều hoà sinh trưởng có vai trò quan trọng trong toàn bộ đời sống của thực vật trong đó có hô hấp Đối với quá trình h

ô hấp, chất điều hoà sinh trưởng có tác dụ

ng nhiều mặt

• - Chất ĐHST làm tăng cường độ hô h

ấp vào giai đoạn nẩy mầm và giai đoạn si

nh trưởng mạnh của cây Đó là do chất ĐHST đã kích thích hoạt tính nhiều hệ enzi

• - Chất ĐHST thúc đẩy quá trình trao đ

ổi năng lượng trong hô hấp, tăng hiệu quả năng lượng trong hô hấp Như theo Benn

er, Wildmann cho rằng Auxin ảnh hưởng đ

ến sự hình thành các liên kết cao năng, đ

ến quá trình photphoryl hoá theo chiều hướng có lợi cho hô hấp

Xem them trang 184 plans biolo

gy

Xem trang 187 2008