Nang luong sinh hoc 2012 p5

 
Đề tài:
CHUỖI VẬN CHUYỂN ĐiỆN TỬ TRONG QUANG HỢP
  
Chuyên ngành: SINH HỌC THỰC NGHIỆM
Mã số : 64230
 
 
Người hướng dẫn khoa học: TS. Võ Văn Toàn
Học viên thực hiện : Hà Thị Cẩm Vân
 
  
Quy Nhơn, tháng 11 - 2012
I. CẤU TRÚC 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.

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 ribosome, ARN và ADN.
 
1. Màng lục lạp
Khác với ty thể, màng trong của lục lạp không xếp lại thành crista và không chứa chuỗi chuyền điện tử. Ngược lại, hệ thống quang hợp hấp thu ánh sáng, chuỗi chuyền điện tử và ATP synthetase, tất cả đều được chứa trong màng thứ 3 tách biệt. Màng này hình thành một tập hợp các túi dẹt hình đĩa gọi là thylakoid (bản mỏng).Màng của thylakoid tạo nên một khoảng trong thylakoid (thylakoid interspace) tách biệt với stroma. Các thylakoid có xu hướng xếp chồng lên nhau tạo thành phức hợp gọi là grana.Diệp lục tố (chlorophylle) nằm trên màng thylakoid nên grana có màu lục.
Chất nền stroma: thể keo có độ nhớt cao, trong suốt và chứa nhiều enzim cacboxi hoá
→ là nơi thực hiện pha tối của QH.
- Hạt grana: là nơi thực hiện pha sáng của QH,
gồm các thylacoit :
+ Màng thylacoit: chứa hệ sắc tố, các chất chuyền điện tử → hấp thu NLAS, và chuyển NLAS thành NL hoá học thông qua quá trình photphoryl hoá.
+ Xoang thylacoit: là nơi diễn ra quá trình quang phân ly nước.
2. Cấu trúc grana
3. Cấu trúc thylakoid
3. HỆ SẮC TỐ QUANG HỢP:
- Nhóm sắc tố chính ( diệp lục ) :
+ Diệp lục a : C55H72O5N4Mg
+ Diệp lục b: C55H70O6N4Mg
Nhóm sắc tố phụ :
+ Carotenoid: nhóm sắc tố phụ tạo nên các loại màu sắc của cây xanh, : là các phân tử chỉ chứa C, H có công thức tổng quát C40H56
gồm 2 nhóm: caroten C40H56 và Xantophyl C40H56On ( n : 1 → 6 )
Xantophyl: có công thức tổng quát C40HnOm (trong đó: n = 52¸58; m =1¸6) Thành phần của Carotenoic do 8 gốc Izopren tạo nên. Cấu trúc Carotenoic có 2 phần : 2 vòng ionon ở 2 đầu và 2 chuỗi thẳng ở giữa. Mọi Carotenoic đều có mạch thẳng giống nhau,chúng chỉ phân biệt nhau bởi 2 vòng ionon.
a) Các nhóm sắc tố :

Carotenoic có khả năng hấp thụ ánh sáng chọn lọc. Quang phổ hấp thụ cực đại của nhóm sắc tố này nằm ở khoảng 420-500nm. Như vậy nhóm Này hấp thụ ánh sáng có bước sóng ngắn.Nhóm carotenoid hấp thụ khoảng 10-20% tổng năng lượng ánh sang và hấp thụ 30-50% tổng bức xạ sóng ngắn chiếu vào lá. Carotenoic cũng có khả năng huỳnh quang nhờ đó mà năng lượng ánh sang do nhóm này hấp thụ có thể truyền sang cho chlorophyll để chuyển đến 2 trung tâm quang hợp. Chức năng chính của nhóm sắc tố này là hấp thụ năng lượng ánh sang rồi truyền sang cho chlorophyll. Một chức năng rất quan trọng khác của carotenoic là bảo vệ chlorophyll, Có thể xem carotenoic là cái lọc ánh sáng thu bớt năng lượng của các tia bức xạ có năng lượng lớn, nhờ đó bảo vệ cho chlorophyll tránh bị phân huỷ khi chịu tác động của các tia bức xạ có năng lượng lớn
+ Phycobilin : 1 số loài tảo. Ficobilin cũng có 2 nhóm khác nhau: Ficocyanin và Ficoerytrin. Cấu trúc Ficobilin gồm 4 vòng pyrol nối với nhau bằng cầu metyl tạo nên  dạng mạch thẳng. Ficobilin hấp thụ ánh sáng ở vùng có bước sóng  trung bình (λ = 540-620 nm)

+ Diệp lục a : C55H72O5N4Mg
+ Diệp lục b: C55H70O6N4Mg
- Vùng quang phổ có tác dụng QH: 380 nm ≤ λ ≤ 750 nm
+ Vùng có ý nghĩa : vùng đỏ + vùng xanh tím
+ Vùng không hấp thụ : xanh lục
- Các vùng cực đại hấp thu :
+ Diệp lục a : 430 nm + 662 nm
+ Diệp lục b : 470 nm + 650 nm
+ Carotenoid : 451 nm + 481 nm
b) Vai trò của các nhóm sắc tố đối với QH:
- Nhóm sắc tố phụ, diệp lục :
+ Hấp thụ NLAS, sau đó truyền cho diệp lục a ở TTPỨ.
+ Bảo vệ diệp lục khỏi bị phá huỷ khi cường độ AS cao.
Diệp lục a ở TTPỨ : Trực tiếp chuyển NL thu được từ các photon cho quá trình quang phân li nước và các phản ứng quang hóa để hình thành ATP và NADPH.
* Qúa trình hấp thụ AS:
Diệp lục b → diệp lục a → diệp lục a ở TTPỨ.
Sắc tố phụ → diệp lục b → diệp lục a → diệp lục a ở TTPỨ.
4. Hệ vận chuyển điện tử quang hợp
Trong sự phosphorylate ôxi hóa, điện tử được chuyển từ một vật cho điện tử có mức năng lượng cao (ví dụ NADH) đến một vật nhận điện tử (ví dụ O2) thông qua một chuỗi chuyển điện tử. Trong sự phosphorylate quang hóa, năng lượng ánh sáng mặt trời để "chế tạo" một vật cho điện tử có mức năng lượng cao cùng một vật nhận tương ứng. Điện tử được chuyển từ vật cho sang vật nhận thông qua một chuỗi chuyển điện tử khác.
Các chuỗi chuyển điện tử trong quang hợp có nhiều điểm giống nhau với chuỗi chuyển điện tử ôxi hóa của quá trình hô hấp. Chúng dùng các vật mang lưu động, tan trong chất béo (các quinone) và các vật mang lưu động tan trong nước (các cytochrome...). Chúng cũng bao gồm một bơm proton. Một điều đáng chú ý khác là các bơm proton trong tất cảcác chuỗi chuyển điện tử quang hợp đều giống như phức hợp số 3 của ti thể.
a. Hệ thống quang hợp II (PS II)
b. Plsatoquinone
c. Phức hợp cytochrome b6-f
d. Plastocyanin
e. Hệ thống quang hợp I (PS I)
Trong hệ thống quang I:
- Phân tử tiếp nhận điện tử đầu tiên là một protein có chứa FeS.
- P700 bị oxy hóa và chuyển điện tử cho protein FeS nên protein này bị khử.
- Sau đó điện tử từ FeS được một chất nhận điện tử kế tiếp tiếp nhận.
- Trong mỗi chuỗi dẫn truyền điện tử chất nhận điện tử trở thành chất khử và chất cho điện tử thành chất oxy hóa.
- Chất nhận điện tử thứ hai là Fd.
Chất nhận điện tử thứ ba trong chuỗi dẫn truyền điện tử là phức hợp FAD, sau đó nó chuyển điện tử cho
Sự dẫn truyền điện tử trong hệ thống quang I
NADP+(Nicotinamid Adenin Dinucleotid Phosphat) ở trong stroma.
Mỗi phân tử NADP+ có thể nhận hai điện tử từ FAD và một ion H+ từ stroma của lục lạp và bị khử thành NADPH.
NADPH ở trong stroma sẽ là chất cho điện tử trong sự khử CO2 thành carbohydrat.
Ferredoxin
f. Ferredoxin (Fd)
g. feredoxin-NADP reductase (FNR)
NADP+ và NADPH
Ferredoxin-NADP reductase
Cấu trúc ATP synthase
Phức hệ Antenna
Hệ sắc tố quang hợp
Công thức cấu tạo của diệp lục a
Công thức cấu tạo của β- carotene
Công thức cấu tạo của phycoerythrobilin
II. THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ CHỨC NĂNG CỦA LỤC LẠP
1.Thành phần hoá học
Thành phần hoá học của lục lạp chủ yếu gồm:
- 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 mở trung tính, steroid, hospholipid.
- Các sắc tố quang hợp chlorophill, các carotenoid như carotin, xantophin và ficobilin.
- 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...
ATP, NAD.

2. Chức năng
Lục lạp thực hiện quá trình quang hợp. Nhờ chlorophill chứa trong lục lạp mà cây xanh hấp thụ năng lượng ánh sang mặt trời và biến chúng thành năng lượng hoá học trong ATP để tổng hợp các chất hữu cơ. Quá trình quang hợp được tổng quát bằng sơ đồ sau:
 
6CO2 + 6H2O----(năng lượng ánh sáng/ Chlorophille)---> C6H12O6 + O2
Quá trình photphoryl hoá quang hợp không vòng ở thực vật
Cơ chế tổng hợp ATP của ATP synthase
Giả thuyết về sự oxid hóa nước dưới ánh sáng
Quá trình photphoryl hoá quang hợp vòng ở thực vật
Chu trình Canvin
Con đường quang hợp của thực vật C4
Con đường quang hợp của thực vật CAM
Sự phát sinh của lục lạp
Theo dõi quá trình phát sinh chủng loại, người ta quan sát thấy sự phức tạp hóa dần dần trong cấu trúc lục lạp.Ở vi khuẩn, cấu trúc dùng để hấp thụ và chuyển hóa năng lượng ánh sáng mặt trời chính là màng sinh chất bao quanh tế bào. Ở vi khuẩn lam, hệ thống màng có chức năng quang hợp đã được tách khỏi màng bởi 1 lớp tế bào chất. Lục tảo đã có lục lạp phân hóa nhưng có cấu trúc đơn giản, nghĩa là chưa có hệ thống cột. Từ rêu, dương xỉ, lục lạp đã có dạng điển hình giống lục lạp thực vật bậc cao.
Qua các thế hệ tế bào tính liên tục của lạp thể là do lục lạp có khả năng tự sinh sản bằng cách phân chia, và người ta cũng đã chứng minh rằng lục lạp được hình thành chỉ bằng cách phân chia từ lục lạp có trước. Khả năng tự phân chia của lục lạp là do lục lạp có hệ thống di truyền tự lập riêng (có ADN) và hệ tổng hợp protein tự lập (có chứa ribosome, các loại ARN).Ribosome của lục lạp giống ribosome của procaryota, có hằng số lắng 70S gồm 2 đơn vị nhỏ là 50S và 30S. Đơn vị nhỏ 50S chứa rARN 5S và 23S và 26 – 84 protein. Đơn vị nhỏ 30S chứa rARN 16S và 19 - 25 protein. ADN của lục lạp cũng có cấu tạo giống AND của procaryota (vi khuẩn và tảo lam) có cấu trúc vòng, không chứa histon có chiều dài tối đa 150µm với hàm lượng 10-16 g. ADN của lục lạp chứa thông tin mã hóa cho một số protein mà lục lạp tự tổng hợp trên ribosome của mình. Còn các protein khác do tế bào cung cấp. ADN lục lạp là nhân tố di truyền ngoài nhiễm sắc thể.