Quang hợp ở các nhóm thực vật

Quang hợp ở các nhóm thực vật
Tiết 7 - bài 8
Quang hợp ở các nhóm thực vật
GV: Nguyễn Trọng Tuyển
Trường THPT B Phủ Lý
Nội dung
Nêu khái niệm 2 pha của quang hợp
Trình bày nội dung pha sáng với các phản ứng kích thích hệ sắc tố, quang phân ly nước, quang hoá sơ cấp.
Bản chất pha tối; vẽ chu trình cố định CO2 ở các nhóm thực vật C3; C4; CAM và phân biệt quá trình cố định CO2 ở 3 nhóm này.
I. Khái niệm hai pha của quang hợp
Xem phim
Dựa vào sơ đồ nêu đặc điểm mỗi pha, vị trí, nguyên liệu và đặc điểm mỗi pha?
Pha sáng: là pha oxi hoá nước để sử dụng H+ và điện tử -> ATP, NADH, và giải phóng O2 vào khí quyển
Vị trí: diễn ra trên màng Thylakoit.
Sản phẩm: ATP, NADPH, O2
Pha tối: là pha khử CO2 nhờ ATP, NADPH để tạo ra hợp chất hữu cơ.
Vị trí: chất nền Stroma
Sản phẩm: glucozo
Quang hợp ở các nhóm
thực vật
Pha sáng
Pha sáng
Xảy ra trên màng thilakoid

Là quá trình oxihóa,nhờ sự kích thích của hệ sắc tố thực vật NLASMT để sử dụng cho các quá trình:
Quang hoá sơ cấp
Quang phân ly nước
Phosphoryl hoá, quang hoá
Sun
Chlorophyll passes energy down through the electron transport chain.
for the use in light-independent reactions
bonds
P
to ADP
forming ATP
oxygen
released
splits
H2O
H+
NADP+
NADPH
Light energy transfers to chlorophyll.
Energized electrons provide energy that
Giai đoạn quang hoá sơ cấp
Chl + hν Chl* Chl

Bao gồm
-Quá trình hấp thụ năng lượng
-Sự di trú tạm thời năng lượng trong cấu trúc của phân tử chlorophin
Trong mỗi bước cña chuỗi vận chuyển điện tử, electron bị mất dần năng lượng


Chlorophin ở trạng thái bình thường
Chlorophin trạng thái kích thích
Chlorophin ở trạng thái bền thứ cấp
Quang phân li nước
O2 giải phóng trong quá trình quang hợp của cây xanh là O2 lấy từ H2O
2H2O 4H+ + O2
Cơ chế
- Chl hấp thụ 4 photon ánh sáng để trở thành trạng thái kích thích:
4Chl + 4hv 4 Chl*
- Chl* tham gia vào quá trình quang phân ly nước:
4 Chl* + 4H2O 4 ChlH + 4 OH-
4 OH- 2H2O + O2
Photphorin hóa
Quá trình vận chuyển e này có một tác động nữa, nó cho phép để bơm H+ qua màng thilakoid từ bên ngoài chất nền stroma vào bên trong. Hoạt động này tạo ra một gradient proton .
Con đường electron vòng
Chu trình e không vòng
Con đường e không vòng
Khi nồng độ NADP đã tích lũy đủ nhưng thực vật vẫn cần năng lượng (ATP), thì con đường không vòng sẽ chuyển thành dạng vòng gọi là sự photphorinhóa vòng.
Photphorin hóa vòng
Chỉ sử dụng PSI
Chuỗi truyền điện tử của PSI vận chuyển các e của nó trực tiếp từ feredoxin tới phức hệ cytochrome bf, thay cho NADP.
Không có sản phẩm O2
Gradient proton được tạo ra được cung cấp cho ATP synthease để tạo ATP.
Mối quan hệ giữa 2 con đường
Trong quá trình quang hợp cần sự phối hợp nhịp nhàng giữa 2 con đường. Nếu chỉ có con đường không vòng thì thiếu ATP.
Quá trình photphorin hóa không vòng tiến hóa hơn, vì quá trình này chỉ gặp ở thực vật bậc cao , nó sử dụng cả 2 hệ thống quang hóa, sản phẩm phong phú hơn.
Phương trình phản ứng quang hoá:
12H2O + 18ADP + 18 P + 12 NADP+ =>
18 ATP + 12 NADPH + 6 O2
Kết quả: Pha sáng tạo 18 ATP, 12 NADPH đi vào pha tối tạo nên mối quan hệ giữa 2 pha trong quang hợp. 6 O2 giải phóng vào khí quyển.
Chloroplast
2. Pha tối
Không có sự tham gia trực tiếp của ánh sáng;
Xảy ra trong chất nền của lục lạp ( Phim 2)
Khử CO2 bằng ATP và NADPH để đưa nó vào hợp chất hữu cơ (cố định Cacbon).
Quá trình cố định CO2 ở thực vật C3
TV C3 sống trong điều kiện khí hậu ôn hoà về as, [CO2], [O2], nhiệt độ; phân bố chủ yếu ở vùng ôn đới và á nhiệt đới.
Gặp ở họ lúa, đậu và đa số cây trồng.
Quá trình cố đinh CO2 theo chu trình Calvin diễn ra ở tế bào mô giậu trong chất nên Stroma của lục lạp.
Chu trình Calvin
Do nhà bác học người Mỹ đưa ra từ năm 1951;
Hợp chất đầu tiên trong đó CO2 được cố định là photphoglixeric (APG);
Chất nhận CO2 đầu tiên là ribulozodiphotphat (RiDP);
Gồm 3 giai đoạn.
Chu trình Calvin
RuBP được cacboxi hoá thành 2 phân tử APG;
APG bị khử thành ALPG;
Phục hồi chất nhận RuBP
Chu trình Calvin








6 CO2 + 12 H2O + 6 RuBP + 12 NADPH + 18ATP
 Glucose + 6 RuBP + 12 NADP + 12 H+ + 18 ADP + 18 Pi
Năng lượng tiêu thụ
Mỗi photon của ánh sáng đỏ (680nm) cung cấp 42kcal;
1 CO2 cần ít nhất là 8 photon  6 CO2 cần 2016kcal.
1 fructose sinh ra 673kcal khi bị đốt cháy;
Năng lượng còn lại bị thất thoát khi tạo ATP (7kcal) và NADPH (52kcal);
∑ Q sử dụng = 750
 H ~ 90%
Hô hấp sáng
Hô hấp sáng là quá trình hấp thụ O2 xảy ra cùng với sự thải CO2 phụ thuộc vào ánh sáng;
Điều kiện xảy ra hô hấp sáng
Nhiệt độ cao, as mạnh, [O2] cao ức chế quá trình quang hợp -> Tại các mô thực hiện quang hợp, cây buộc phải biến đổi sản phẩm quang hợp theo hướng thích nghi, vì khi as mạnh thì tổng hợp dư thừa NADPH gây ức chế quá trình quang hợp do diễn ra phản ứng khử đường.
Nếu [O2] = [CO2] thì rubisco có khả năng
cacboxi hoá nhanh gấp 80 lần so với oxi hoá;
CO2/O2 = 1/24 trong nước ở điều kiện cân bằng với không khí với t = 250C;
 Tỷ lệ rubisco phản ứng với CO2, O2 là 3:1
Khi nhiệt độ cao, tỉ lệ O2/CO2 trong dịch bào tăng lên nên hô hấp sáng xảy ra mạnh hơn.
Chu trình C2
Chu trình này xảy ra ở 3 bào quan:
Lục lạp
Peroxixom
Ti thể
Oxi được hấp thụ ở 2 giai đoạn trong 2 bào quan khác nhau
Vai trò
Là quá trình phụ thuộc nhiều vào O2 và ánh sáng, có cường độ lớn hơn hô hấp tối;
Không tạo ra ATP;
Giảm cường độ quang hợp, dùng 20-50% sản phẩm sơ câp quang hợp -> giảm ns qh.
Hình thành một số axit amin cho cây: serin, glixin.
Quá trình cố định CO2 ở thực vật C4
Gồm 1 số TV vùng nhiệt đới: Ngô, mía, cỏ,kê…
ĐK khí hậu: nóng ẩm kéo dài, as và nhiệt độ cao, [CO2] thấp và [O2] cao, phần lớn thời gian khí khổng đóng để tránh thoát hơi nước
Quá trình cố định CO2 theo Chu tr×nh Hatch và Slack
Chu Trình Hatch v� Slack
1965, Hatch v� Slack tỡm ra chu trỡnh C4
Chu trình Hatch và Slack
Gồm hai chu trình được định vị trong về không gian:
Chu trình 1 – chu trình cacboxi hoá: xảy ra ở lục lạp tế bào mô giậu;
Chu trình 2 – chu trình hình thành monosaccarit: xảy ra ở lục lạp tế bào bao bó mạch.
Chu trình 1
Trong tế bào mô giậu
Enzim PEP-cacboxilaze
Chất nhận CO2 là PEP
Sản phẩm đầu tiên: axit oxaloaxetat, malic, aspartic (có 4C, chứa hai nhóm cacboxyl).
Chu trình 2
Trong tế bào bao bó mạch
Enzim Rubisco
Axit malic bị decacboxyl hoá tạo thành CO2 và axit pyruvic;
CO2 tham gia vào chu trình Calvin;
Axit pyruvic quay trở lại chu trình 1.
Phân biệt thực vật C3 và C4
Giải phẫu, hình thái lá và lục lạp
Thực vật C3
- Tế bào mô giậu có cấu trúc hạt phát triển, ít hạt tinh bột
- Tế bào bao bó mạch không phát triển
Thực vật C4
Tế bào mô giậu xếp xung quanh;
Tế bào bao bó mạch có nhiều lục lạp lớn, ít grana, nhiều hạt tinh bột
Phân biệt thực vật C3 và C4
Sự tiêu phí năng lượng
C3: 1CO2 cần 3 ATP  6CO2 cần 18 ATP;
C4: 1CO2 cần 5 ATP  6CO2 cần 30 ATP;
Nhu cầu H2O ở C4 chỉ bằng ½ C3;
Hô hấp sáng: chỉ có C3 mới có hô hấp sáng, C4 không có hoặc rất yếu.
Trong quang hợp, TV C4 ưu việt hơn TV C3 :
Cường độ quang hợp cao hơn
Điểm bão hoà as cao hơn
Điểm bù CO2 thấp hơn
Nhu cầu nước thấp hơn
Thoát hơi nước thấp hơn
Ít bị ah của hô hấp sáng.
=> TV C4 có năng suất quang hợp cao hơn.
3. Con đường cacbon ở thực vật CAM
CAM – Crassulaceae acid metabolism (trao đổi axit ở họ thuốc bỏng);
Thực vật CAM thích ứng với
khí hậu khô nóng kéo dài.
TV CAM sống ở vùng khí hậu khô hạn: xương rồng, thanh long, họ thuốc bỏng…
Để tránh mất nước do thoát hơi nước => khí khổng phải đóng vào ban ngày và mở vào ban đêm => ban ngày chúng không quang hợp được.
Vì vậy TV CAM đã cố định CO2 vào ban đêm(ở lục lạp của tế bào mô giậu) thành axit Malic và sử dụng dần vào ban ngày khi tế bào tiến hành các phản ứng quang hợp phụ thuộc as.
Quá trình cacboxi hoá sơ cấp xảy ra vào ban đêm;
Không khí ẩm, mát;
Khí khổng mở;
CO2 bị khử thành axit malic dự trữ trong không bào.
Sự tổng hợp đường xảy ra vào ban ngày;
Không khí nóng, khô;
Khí hổng đóng;
Axit malic giải phóng ra CO2 đi vào chu trình Calvin.
So sánh TV CAM với TV C4
Cơ chế của chu trình CAM giống với C4;
C4 phân biệt về không gian còn CAM phân biệt về thời gian. Nghĩa là :
Ở CAM: giai đoạn đầu cố định CO2 vào ban đêm lúc khí khổng mở còn giai đoạn tái cố định CO2 vào ban ngày; cả hai gđ này đều diễn ra trong tế bào nhu mô thịt lá.
Ở C4: đều diễn ra ngoài sáng trong khi gđ 1 tạo axit Malic diễn ra trong tế bào mô giậu còn gđ 2 diễn ra chu trình Calvin trong tb bao bó mạch

Chu trình Calvin là chu trình cơ bản, xuất hiện cả ở 3 loại. Trong quá trình tiến hoá, thực vật C3 xuất hiện đầu tiên trên trái đất;
III. Một số đặc điểm phân biệt TV C3; C4; và CAM
Xin chân thành cảm ơn!
Củng cố: Xem phim về 2 pha quang hợp
Phim h4-4