NHỮNG NGUYÊN TẮC CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH TÍCH LŨY NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1
ĐỖ THỊ TRÂM ANH
TRẦN HỒNG VÂN
NGHIÊM THỊ PHƯƠNG LOAN
NGUYỄN THỊ NGỌC ĐIỆP
NGUYỄN HUỲNH BÍCH TRANG
VÕ THỴ THÚY NGA
TÔ HUỲNH THIÊN TRỌNG
Thuyết trình
QUANG HỢP
Giảng viên: HOÀNG MINH TÂM
Trình bày: Tổ 2
2
Chapter 1:
The Basic Principles of Photosynthetic Energy Storage
Chương I:
Các nguyên tắc cơ bản của sự tích lũy năng lượng Mặt Trời
3
Quang hợp là gì?
Các sinh vật đầu tiên trên Trái đất xuất hiện cách đây khoảng 3,5 - 4 tỉ năm tổng hợp thức ăn cho chúng từ những vật chất vô cơ bằng sự hóa tổng hợp.
Các sinh vật này tồn tại môi trường rất đặc biệt như trong các nước thải, suối nước nóng có lưu huỳnh và các miệng núi lửa trên các sàn đại dương, được gọi là các sinh vật yếm khí.
Sau đó xuất hiện nhóm sinh vật có khả năng hấp thu năng lượng ánh sáng Mặt trời để tổng hợp ra các hợp chất hữu cơ phức tạp, sự quang tổng hợp (photosynthesis), thường gọi là sự quang hợp Các sinh vật quang hợp đầu tiên này không tạo ra oxy.
4
Quang hợp là gì?
Về sau một số sinh vật có khả năng sử dụng nước cho sự quang hợp, tạo ra O2, dần dần tích tụ trong khí quyển, một số sinh vật tiến hóa khác có khả năng sử dụng O2 xúc tác trong các phản ứng để giải phóng năng lượng trong các phân tử thức ăn. Quá trình này được gọi là sự hô hấp hiếu khí (aerobic respiration).

Sự quang hợp sử dụng CO2 và H2O tạo ra từ sự hô hấp hiếu khí và sự hô hấp kỵ khí thì sử dụng thức ăn và O2 sinh ra từ sự quang hợp.

- Cả 2 loại sinh vật này được gọi chung là sinh vật tự dưỡng
5
Quang hợp là gì?
Quang hợp là quá trình thu nhận năng lượng ánh sáng Mặt trời của thực vật, tảo và một số vi khuẩn để tạo ra hợp chất hữu cơ phục vụ bản thân cũng như làm nguồn thức ăn cho hầu hết các sinh vật trên Trái Đất.

Trong các chuỗi thức ăn tự nhiên, các các sinh vật quang dưỡng thường là những mắt xích đầu tiên; nghĩa là các sinh vật còn lại đều sử dụng sản phẩm của quá trình quang hợp phục vụ nhu cầu dinh dưỡng của chúng. Do vậy, quang hợp là chuỗi phản ứng hóa học quan trọng bậc nhất trên Trái đất, vì nó tạo năng lượng cho sự sống trong sinh quyển.

Quá trình quang hợp cũng sản sinh ra khí oxy, tạo nên một bầu khí quyển chứa nhiều oxy cho Trái đất, một bầu khí quyển vốn dĩ chỉ chứa nitơ và cabonic trước khi có sinh vật quang dưỡng.
6
Quang hợp là gì?
Ở thực vật, quá trình quang hợp chủ yếu được thực hiện nhờ diệp lục. Sắc tố này thường chứa trong các bào quan gọi là lục lạp. Mặc dù, hầu hết các phần của nhiều loài thực vật đều có màu xanh, năng lượng của quá trình quang hợp chủ yếu được thu nhận từ lá.
Một số loài vi khuẩn quang dưỡng không sử dụng chlorophyll của thực vật (tảo và cyanobacteria) mà dùng một sắc tố tương tự gọi là bacteriochlorophylls và quá trình quang hợp của các vi khuẩn không sản sinh oxy.
7
Quang hợp là một quá trình tích lũy năng lượng Mặt Trời:
Sinh vật quang đưỡng hấp thu năng lượng Mặt Trời, biến quang năng thành hóa năng
Phổ ánh sáng Mặt Trời:
8
Quang hợp là một quá trình tích lũy năng lượng Mặt Trời:
Bức xạ hồng ngoại: có bước sóng lớn hơn 700nm.

Bức xạ khả kiến: có bước sóng từ 400nm đến 700nm, còn gọi là bức xạ hoạt động quang hợp, điều này chỉ đúng cho những sinh vật mang chlorophyll a.

- Bức xạ tử ngoại: có bước sóng nhỏ hơn 400nm, mang mức năng lượng lớn và nguy hiểm cho sinh vật.
9
10
11
Những loại cây thích nghi cao độ với các điều kiện chiếu sáng khác nhau sẽ không bao giờ sống chung một nơi ngoài môi trường tự nhiên. Loài bông súng nhiệt đới này cần nhiều ánh sáng trong khi những cây mọc bên dưới chỉ cần ánh sáng ở mức trung bình.
12
Nhiều cây thủy sinh cần chiếu sáng mạnh mặc dù chỉ một phần nhỏ ánh sáng được hấp thu trong quá trình quang hợp. Những vùng xanh dương và đỏ trong quang phổ là hữu dụng nhất.
13
14
Nơi diễn ra quá trình quang hợp:
Quang hợp được thực hiện bởi rất nhiều loài sinh vật khác nhau.
Trong tất cả các trường hợp, màng lipid kép là quan trọng đối với các giai đoạn đầu của việc lưu trữ năng lượng, do đó để quang hợp xảy ra thì màng lipid có vai trò cơ bản quan trọng.
Giai đoạn đầu của quá trình quang hợp được thực hiện bởi chất nhuộm màu chứa protein mà hoàn toàn liên kết với màng.
Giai đoạn sau của quá trình được trung gian bởi protein khuếch tán tự do trong pha dung dịch.
Trong sự tiến hóa của các tế bào nhân chuẩn, quang hợp xảy ra ở bào quan là lục lạp.
15
16
Nơi diễn ra quá trình quang hợp:
Cấu trúc của Thylakoid:
17
Bốn giai đoạn của tích lũy năng lượng trong quang hợp:
Quang hợp được chia thành bốn giai đoạn riêng biệt, bắt đầu với photon hấp thụ và kết thúc với việc giải phóng các sản phẩm cacbon ổn định từ lục lạp. Bốn giai đoạn này là:
1 – Ánh sáng hấp thụ năng lượng và vận chuyển bởi hệ thống ăng ten.
2 – Hạt điện tử cơ bản vận chuyển đến trung tâm phản ứng.
3 – Năng lượng ổn định bởi quá trình chuyển hóa.
4 – Tổng hợp và giải phóng các sản phẩm ổn định.
18
19
Chapter 2:
Photosynthetic Organisms and Organelles
Chương 2:
Sinh vật quang hợp và các bào quan
20
Giới thiệu:
Sự hiện diện về màu sắc của chất diệp lục mà ta có thể thấy từ sự hiện diện của sinh vật quang hợp như cây xanh ,cây bụi, cỏ, rêu, cây xương rồng cây dương xỉ và nhiều loại rau củ khác.

- Sinh vật quang hợp có kích thước hiển vi như tảo và vi khuẩn ,sinh vật không có màu xanh nhưng sống nhờ quá trình quang hợp.
21
Giới thiệu:
ADN là vật chất di truyền của cơ thể sinh vật, RNA là bản sao chép cuả ADN gọi phiên mã, Trên RNA có các ribosome.

Sự chuyển hoá acid nuleic thành protein gọi là dịch mã.

Tế bào bao quanh bởi màng chức năng có tính thấm và nhiều chức năng khác.

- Màng lipit chủ yếu là phopholipit và colesterol tạo nên tính ổn định và tính mềm dẻo của màng.
22
Giới thiệu:
Phân tử phopholipit có đuôi hydrocacbon kỵ nước ở trạng thái no mang tính bền vững và khi hydrocacbon có nối đôi màng lỏng lẻo hơn.

Đầu ưa nước là cholin ,photphat ,glicerol ,đầu kỵ nước là acid béo.

Quang hợp xảy ra tại màng thylakoid của lục lạp và vi khuẩn lam.

Protein có trong màng rất đa dạng chúng phân bố “ khảm “ vào khung lipit .Tất cả những tế bào chứa nhiều cacbohydrat hoặc đường ,lipit và nhiều thầnh phần khác tạo chức năng riêng biệt của tế bào
23
Sinh vật nhân sơ và nhân thực:
Sinh vật nhân sơ là dạng sống đơn giản nhất, bao gồm vi khuẩn và vi sinh vật cổ.
Chúng đều là những sinh vật đơn bào, có tổ chức cấu tạo tế bào tương đối đơn giản. Tế bào không có màng nhân, chỉ có màng sinh chất là lớp phospholipid kép ngăn cách tế bào chất với môi trường xung quanh. Màng sinh học này có tính bán thấm.
Hầu hết các sinh vật nhân sơ đều có thành tế bào.
Khoảng trống giữa mặt ngoài của màng sinh chất với mặt trong của thành tế bào gọi là không gian chu chất periplasmic.
Vi khuẩn là một nhóm sinh vật đơn bào, có kích thước nhỏ (kích thước hiển vi). Chúng chỉ sinh sản vô tính bằng cách phân đôi hay trực phân.
24
Sinh vật nhân sơ và nhân thực:
Eukaryote (sinh vật nhân thực), cũng như lãnh giới Eukarya đã được phân loại trước đó, tế bào của chúng hoàn thiện hơn sinh vật nhân sơ và cũng có kích thước lớn hơn.
Tế bào nhân thực chứa một số cấu trúc bên trong gọi là bào quan.
Các bào quan có màng nhân bao bọc gồm nhân, mạng lưới nội chất và một bào quan rất quan trọng cho quá trình quang hợp, đó là lạp thể. Chúng có lịch sử tiến hóa phức tạp và được đánh dấu bởi các tế bào nhân chuẩn đầu tiên dựa vào thuyết nội cộng sinh.
25
Trao đổi chất trong các mẫu sinh vật sống:
Tùy theo kiểu trao đổi chất người ta chia sinh vật làm 2 nhóm: sinh vật tự dưỡng (autotrophs) và sinh vật dị dưỡng (heterotrophs).

Một mô hình trao đổi chất thứ hai liên quan đến quá trình năng lượng cho tế bào, đó là sinh vật quang dưỡng lấy năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời, và sinh vật hóa dưỡng lấy năng lượng từ các hợp chất hóa học.
26
Trao đổi chất trong các mẫu sinh vật sống:
Quang dưỡng gồm:
Sinh vật quang tự dưỡng: sử dụng năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời và nguồn Carbon từ CO2.
Sinh vật quang dị dưỡng: sử dụng năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời và nguồn Carbon hữu cơ.
Hóa dưỡng gồm:
Sinh vật hóa tự dưỡng: nguồn gốc của năng lượng và cacbon là từ hợp chất vô cơ.
Sinh vật hóa dị dưỡng: nguồn gốc của năng lượng và cacbon là từ hợp chất hữu cơ.
27
Trao đổi chất trong các mẫu sinh vật sống:
Oxy là trung tâm chuyển hóa của hầu hết các tế bào.

Nếu sinh vật sinh trưởng trong điều kiện có mặt của O2, nó được xếp vào sinh vật hiếu khí, ngược lại thì đó sinh vật kỵ khí.

- Trong hầu hết các trường hợp, sinh vật hiếu khí sử dụng các phân tử hữu cơ như nguồn cung cấp điện tử và đóng vai trò làm chất nhận điện tử trong quá trình hô hấp kỵ khí. Đối với các sinh vật sử dụng hợp chất hữu cơ như nguồn cung cấp điện tử và làm chất nhận thì sống bằng cách thực hiện quá trình lên men.
28
Quang sinh vật nhân sơ:
Từ trái qua phải:
Chloroflexus (green non-sulfur bacteria, Chloroflexaceae)
Rhodospirillum (purple bacteria, Rhodospirillaceae)
Chlorobium (green sulfur bacteria, Chlorobiaceae)
Heliobacterium (Gram-positive, Heliobacteriaceae)
Nostoc (Cyanobacteria, Nostocaceae)
29
Sinh vật quang hợp nhân sơ:
Vi khuẩn tía (Purple bacteria) :
Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Purple sulfur bacteria):
Kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang tự dưỡng vô cơ.
Tế bào có chứa chlorophyll a hoặc b.
Hệ thống quang hợp chứa các màng hình cầu hay hình phiến gắn với màng sinh chất.
Thường sử dụng H2, H2S hay S để dùng làm nguồn cho điện tử trong quang hợp.
Có khả năng di động với tiên mao mọc ở cực, có loài có chu mao.
30
Rhodospirillum
Rhodospirillum dưới KHV điện tử
Rhodopseudomonas
Rhodopseudomonas
dưới KHV điện tử
31
Rhodobacter
Rhodopila
Rhodocyclus purpureus
Rhomicrobium
32
Sinh vật quang hợp nhân sơ:
Vi khuẩn tía (Purple bacteria) :
Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfur Purple Nonsulfur bacteria):
Quang dị dưỡng hữu cơ, thường kỵ khí bắt buộc.
Một số loài là quang tự dưỡng vô cơ không bắt buộc (trong tối là hoá dị dưỡng hữu cơ).
Tế bào chứa chlorophyll a hoặc b.
33
Sinh vật quang hợp nhân sơ:
Vi khuẩn tía (Purple bacteria) :
Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfur Purple Nonsulfur bacteria):
Hệ thống quang hợp chứa các màng hình cầu hay hình phiến gắn với màng sinh chất.
Nguồn cho điện tử trong quang hợp thường là chất hữu cơ, đôi khi sử dụng hợp chất lưu huỳnh dạng khử hoặc H2.
Có khả năng di động với tiên mao mọc ở cực, hoặc không di động, một số loài có túi khí.
34
Sinh vật quang hợp nhân sơ:
Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfur bacteria):
Kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang tự dưỡng vô cơ. Quang hợp không tạo ra oxy
Không sử dụng C cho chu trình Calvin, thay vào đó, chúng đảo ngược chu trình TCA để cố định C.
Có Bacteriochlorophyll a,c,d,e, chlorophyll a,caroten nhóm 5.
35
Sinh vật quang hợp nhân sơ:
Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfur bacteria):
Chất cho điện tử thường là H2, H2S hay S .
Không có khả năng di động, một số loài có túi khí.
Chúng có thể sống ở những vùng thiếu không khí như: đáy hồ, bên dưới chemocline của biển Đen, hay ở những nơi có cường độ ánh sáng thấp.
36
Chlorobium
Pelodictyon
Prosthecochloris
Chlorobium
37
Sinh vật quang hợp nhân sơ:
Vi khuẩn màu lục không lưu huỳnh (Green nonsulfur):
Đa bào, dạng sợi, thường kỵ khí không bắt buộc ,thường là quang dị dưỡng, có loài quang tự dưỡng hoặc hoá dị dưỡng.
Có bacteriochlorophyll a,c, trong điều kiện kỵ khí thấy có chlorosome.
Chất cho điện tử trong quang dị dưỡng là glucose, axit amin, axit hữu cơ; trong quang tự dưỡng là H2, H2S
38
Chloronema
Chloroflexus
39
Sinh vật quang hợp nhân sơ:
Heliobacteria:
Là vi khuẩn quang dưỡng không tạo ra oxi, thuộc nhóm vi khuẩn gram dương, kị khí.

Quang hợp dưới hình thức bào tử, một đặc tính của nhiều vi khuẩn Gram dương khác.

Sắc tố chính tham gia trong quá trình quang hợp là bacteriochlorophyll g. Quang hợp diễn ra ở màng tế bào.

40
Sinh vật quang hợp nhân sơ:
Heliobacteria:
Sử dụng nguồn cacbon hữu cơ trong quá trình quang hợp.

Chúng có khả năng chủ động tạo N2 từ cây lúa. Có vai trò trong việc cố định nitơ.

- Trong khi hầu hết các vi khuẩn quang hợp khác là chủ yếu ở trong môi trường nước, heliobacteria đã được tìm thấy chủ yếu trong đất, đặc biệt là cánh đồng lúa.
Heliobacterium chlorum
41
Vi khuẩn lam (Cyanobacteria):
- Vi khuẩn lam thuộc nhóm vi sinh vật quang tự dưỡng, chúng thu năng lượng từ ánh sáng, thông qua quá trình quang hợp để tổng hợp chất hữu cơ từ CO2 và nước lấy từ không khí.
Lúc trước thường được gọi là tảo lam  sai
- Chứa chlorophyll a và 1 số sắc tố khác định vị trong các màng quang hợp chuyên hóa (thylakoid) được tạo nên do sự gấp nếp của màng tế bào
Sinh vật quang hợp nhân sơ:
42
Chroococcus
Gleocapsa
Prochloron
43
Photoautotrophs
44
Fischerella
Dermocapsa
Chroococcidiopsis
Oscillatoria
45
Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:
Sinh vật nhân chuẩn quang hợp bằng một cấu trúc bên trong tế bào, gọi là lục lạp. Lục lạp là một trong những bào quan plastids thường chứa các sắc tố được sử dụng trong quang hợp, một trong số đó thực hiện các chức năng khác, chẳng hạn như dự trữ tinh bột hoặc lưu trữ sắc tố trong hoa và hoa quả.

Lục lạp có nguồn gốc từ một quá trình được gọi là nội cộng sinh, trong đó một cyanobacteria giống như tế bào ban đầu cộng sinh với một tế bào nhân chuẩn nguyên thủy và sau đó dần dần trở thành một phần độc lập nhưng thiết yếu của các tế bào chủ.

Lục lạp chứa ADN, được tổ chức và quy định một cách đặc trưng của vi khuẩn. AND này mã hóa cho một số protein trong lục lạp tham gia quang hợp và định hướng cho ribosome protein tổng hợp máy móc.
46
Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:
47
Tảo:
Là một nhóm lớn các sinh vật eukaryotic.

Có các sắc tố và thực hiện quang hợp tạo oxy.

Thường có cấu tạo đơn bào, do đó thường là vi kích thước, kí sinh, bao gồm cả tảo đa bào.

Các loại tảo dạng tản là vĩ mô trong kích thước và đôi khi có thể hình thành các cấu trúc lớn có thể trông giống như thực vật nhưng khá khác biệt.

Có rất nhiều nhóm khác nhau của tảo, mà thường được phân biệt bởi sắc tố tác phẩm của họ và các đặc điểm hình thái.
Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:
48
Tảo:
- Các loại tảo xanh (chlorophytes) là những nghiên cứu rộng rãi nhất, bởi vì là họ gần nhất với cây cao hơn.
- Chúng chứa cả chất diệp lục b và chất diệp lục như photopigments.
Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:
49
50
Tảo:
Các loại tảo đỏ (rhodophytes) chủ yếu là các sinh vật biển có chứa chất diệp lục và phycobilisomes.
Phức hệ ăng ten tương tự như tại hầu hết các vi khuẩn lam.
Thường có một chu kỳ cuộc sống phức tạp.
Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:
51
Tảo:
Các chromophytes (còn gọi là heterokonts hoặc ochrophytes) là một nhóm tảo lớn và đa dạng bao gồm các loại tảo nâu và tảo cát.
Chứa chlorophylls a và c, cũng như nhiều carotenoids đa dạng và phong phú.
Các rong biển khổng lồ tìm thấy ở các đại dương có thể phát triển lên đến dài 60 m, màu nâu tảo. Các tảo cát là nhóm con của chromophytes có chứa một tế bào duy nhất gồm silica.
Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:
52
Tảo:
Các cryptophytes (cryptomonads) có chứa chất diệp lục a và c, cộng với phycobiliproteins.
Các phycobiliproteins không được tổ chức thành phycobilisomes. Thay vào đó, chúng nằm ở phía đối diện của các màng tế bào từ phycobilisomes, trong lumen thylakoid.
Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:
53
Tảo:
Các dynophytes (dinoflagellates) là một nhóm lớn các tảo biển đơn bào.
Chúng gây nên hiện tượng thủy triều đỏ. Tuy nhiên chúng cũng sống cộng sinh với san hô và rất cần thiết trong việc tạo nên các rạn san hô.
Dinoflagellates chứa chlorophylls a và c cũng như các carotenoids phong phú.
Các euglenophytes (euglenoids) chứa chlorophylls a và b, trong đó cấu trúc tế bào của chúng gần giống các nguyên sinh động vật.
Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:
54
Thực vật:
Trong tất cả các sinh vật quang hợp thực vật là phức tạp nhất.

Các loài thực vật đơn giản nhất là bryophytes, trong đó có rêu, liverworts và hornworts.

Chúng đa dạng như tảo, và không có rễ thật, hoặc một hệ thống mạch (vận chuyển chất lỏng).

Chúng không tạo ra các mô cứng hỗ trợ.
Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:
55
Thực vật:
Các thực vật có mạch bao gồm dương xỉ và thực vật có hạt:

Các cây dương xỉ sinh sản bằng các bào tử, và có rễ, lá và các mô mạch, cũng như các mô gỗ để hỗ trợ bộ máy.

Các loài thực vật có hạt tái sản xuất bằng hạt giống và cũng có rễ và lá, cũng như các mô mạch và gỗ.
Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:
56
Thực vật:
Các loại thực vật được chia thành hai nhóm:

Thực vật hạt trần là nhóm nguyên thủy và bao gồm các loại cây lá kim.

Thực vật hạt kín, cũng gọi là thực vật có hoa, làm tăng phần lớn các loài thực vật xung quanh chúng ta.
Sinh vật quang hợp nhân chuẩn:
57
THE END
Thanks for listening!