Quang hợp ở thực vật

NHÓM 5
Hồ Thị Tây 0953010614
Đỗ Kim Cương 0953012060
Đỗ Thị Hoàng Xuân 0953010915
Đỗ Thị Vui 0953010888
Phạm Lan Phương 0953010537
Nguyễn Thị Bích 0953010038
Nguyễn Thị Kim Ngân 0953012437
Nguyễn Thị Đài Trang 0953012756
Nguyễn Quang Hưng 0953010227
Nguyễn Đức Hạnh 0953010175
Võ Thị I Na 0953010411
Phạm Thị Thu Hà 0953010164
Nguyễn Thị Cẩm Tú 0953010841
26/09/2005
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC
BÀI THUYẾT TRÌNH
TẾ BÀO HỌC
GiẢNG VIÊN: THS. NGUYỄN THANH MAI
Tại sao phải trồng cây xanh ?
Tại sao Động vật lại sống được ?
Tại sao con người có thể sống được ?
Tại sao lá cây lại có màu xanh ?
Cyanobacterya có màu xanh
CHƯƠNG 6
QUANG HỢP
(Photosynthesis)
26/09/2005
3
ĐẠI CƯƠNG VỀ QUANG HỢP
1. Định nghĩa về quang hợp
- Năm 1772, lần đầu tiên, ông J. Priestley (người Anh) chứng minh rằng cây xanh tạo O2 làm tinh khiết các khí do động vật thải ra.
- Năm 1777, thí nghiệm được lặp lại chứng minh rằng, chỉ có phần xanh dưới ánh sáng mặt trời mới tạo ra O2.
- Năm 1782, J. Senerbier chứng minh phải có CO2 và 1804 de Suasure cho thấy phải có Nước
Như vậy, đến đầu thế kỉ thứ 19, đã có phương trình tổng quát:
thực vật xanh
CO2 + H2O + ánh sáng Chất hữu cơ + O2
- Năm 1930, van Neil cho thấy một số vi khuẩn quang hợp sử dụng H2S thay cho H2O và tạo ra S thay cho O2. Chứng tỏ rằng O2 thoát ra có nguồn gốc từ H2O.
- Tiếp theo, biết rằng sắc tố lục của cây xanh là cholorophyll cần cho sự phân huỷ nước, và phương trình tổng quát như sau:



Cholorophyll
6CO2 + 12H2O + ánh sáng 6O2 + C6H12O6 + 6H2O

26/09/2005
1
Quang hợp là quá trình trao đổi chất chỉ thực hiện ở tế bào thưc vật xanh, tảo, một số nguyên sinh động vật và các vi khuẩn quang hợp.

- Trong quang hợp, năng lượng ánh sáng mặt trời được tế bào thu nhận nhờ sắc tố chlorophyll và sử dụng để khử các chất vô cơ CO2và H2O thành cacbonhydrate và O2.


26/09/2005
5
Thực vật xanh
Tảo đốm nâu
Tảo rong mơ
Rong biển
Tảo Lam
Tảo rong mơ
Tảo Lục
26/09/2005
1

- Chu trình Carbon trong tự nhiên phụ thuộc chủ yếu vào hai quá trình sinh hoá: Quang hợp và Hô hấp.
 Quang hợp thu nhận năng lượng mặt trời để phân giải H2O và chuyển H2 từ nước qua CO2 tạo carbohydrate. Chúng nhờ cấu trúc đặc biệt chỉ biến quang năng thành hoá năng và tích trữ ở dạng các hợp chất hữu cơ, không tạo thêm cũng không huỷ hoại vật chất hay năng lượng.
 Hô hấp phân huỷ glucose và các chất hữu cơ để giải phóng năng lượng hoàn trả Hydro cho Oxi khí quyển tái lập nước. Quá trình hô hấp sẽ oxi hoá C của glucose hoàn toàn đến CO2
- Quang hợp và hô hấp là hai quá trình diễn ra song song, đối lập, nhưng là hai nhân tố quan trọng để duy trì sự sống ổn định trên trái đất.
2. Chu trình Carbon trong tự nhiên.
26/09/2005
1
Chu trình Carbon trong tự nhiên
Chlorophyll là chất hấp thụ ánh sáng, nếu ta nhìn thấy màu lục thì có thể rút ra một số điểm như sau:
Thứ nhất, chlorophyll không hấp thụ tất cả các bước sóng, trong đó có bước sóng xanh lục nên phản chiếu làm mắt nhìn thấy màu xanh lục.
Thứ hai,chrolophyll hấp thụ các bước sóng khác để thu năng lượng.
- Lục lạp có nhiều thylakoid màu lục vì màng của nó chứa Chlorophyll là chất không hấp thu màu lục, phản chiếu lên mắt nên ta thấy lá cây có màu xanh.
Việc hấp thu năng lượng cho việc quang hợp được thực hiện nhờ vào cấu trúc phức tạp của màng thylakoid với chlorophyll-chất lõi trung tâm của quang hợp.
Phân tử chlorophyll có cấu trúc vòng, nơi photon ánh sáng kích thích điện tử lên mức năng lượng cao hơn và truyền đi.
26/09/2005
1
3. Sự hấp thu năng lượng ở lá cây
Cấu tạo của diệp lục
26/09/2005
1
Cấu tạo của Lục Lạp (Chloraplast)
Cấu tạo của Lục Lạp (Chloroplast)
26/09/2005
1
4. Sơ đồ khái quát của quang hợp.
- Quang hợp được thực hiện chủ yếu ở bào quan lục lạp của tế bào, gồm hai pha:
- Pha sáng: thu nhận và tích trữ năng lượng ở dạng ATP và NADPH.
- Pha tối: sử dụng năng lượng để tổng hợp nên các chất hữu cơ.


Quang phosphoryl hoá có nghĩa là sử dụng ánh sáng để phosphoryl hoá (thêm nhóm phosphate vô cơ Pi – phosphore iorganic) vào một phân tử, thường là ADP.
enzyme
ADP + Pi + năng lương ánh sáng ATP

Lục lạp có chứa các sắc tố để hấp thu ánh sáng như: chlorophyll a, b, c, hay d, caroten và sắc tố vàng cam.
II. PHA SÁNG: SỰ QUANG PHOSPHORYL HOÁ

26/09/2005
13
1.Vai trò của các sắc tố trong quang hợp.
a.Chrolophyll
- Chrolophyll a: C55H72O5N4Mg, là chất phổ biến hơn cả và giữ vai trò chủ yếu trong quang hợp
- Chrolophyll b: C55H70O6N4Mg
- Hầu hết các sắc tố Chrolophyll đều có khả năng thâu được năng lượng của photon ánh sáng.
- Các Chrolophyll hấp thụ quang phổ hơi tím, xanh tím và đỏ còn lục và cam thì rất ít.
- -caroten là sắc tố màu vàng, hấp thu ánh sáng có bước sóng từ 450 đến 550nm và chuyển năng lượng ánh sáng đến trung tâm phản ứng quang hợp.

b. Đơn vị quang hợp
- Trong lục lạp, Chlorophyll và các sắc tố hỗ trợ được tổ chức thành nhóm hoạt động gọi là các đơn vị quang hợp (photosynthetic units ). - Mỗi đơn vị gồm khoảng 300 phân tử sắc tố như Chlorophyll a, b và carotenoid.
- Một phân tử sắc tố ở mỗi đơn vị khác với tất cả số còn lại, đó là chlorophyll a chuyên biệt hoạt động như trung tâm phản ứng. Các phân tử sắc tố khác có chức năng như các antenne thu nhận năng lượng ánh sáng.
- Năng lượng ánh sáng đến với các đơn vị gián đoạn là photon.
26/09/2005
1
Photon ánh sáng kích thích điện tử
Thường gặp 2 trạng thái: bên trái: ở các antenna. Bên phải: ở các trung tâm phản ứng.
Có hai quá trình thu giữ năng lượng từ các điện tử được kích thích:
Con đường vòng tròn (cyclic photo- phosphorylation ): xảy ra chỉ một trong hai kiểu đơn vị quang hợp có ở phần lớn thực vật.
Con đường không vòng tròn( noncyclic): xảy ra ở cả hai.
26/09/2005
1
2.Sự quang phosphoryl hoá vòng
Quang Phosphoryl hóa vòng
Freedoxin
H+
(ADP + Pi ATP)
Cytochrome
Plastocyanin
2
2
2
2
3. Hệ thống quang hợp I(QH I) QH II
a. Hệ thống quang hợp I
- Ánh sáng kích thích chlorophyll a làm mất 2 điện tử. Chúng được chuyển đến NADP qua Ferredoxine(Fd) để khử thành NADPH nhờ NADP reductase. Một phần điện tử qua Fd đến cytochrome về P700 vào quang phosphoryl hóa vòng.
- NADPH không chuyền mà lập tức làm chất cho (donor) điện tử để khử CO2 tạo carbohydrate, đó là sự cố định carbone. Điện tử từ chlorophyll qua chuỗi chuyền điện tử đến NADP+ rồi carbohydrate. Một phần năng lượng tạo ATP trước khi điện tử đến NADP+
26/09/2005
1
QH II(photosystem II) gồm chlorophyll chuyên hóa P680 làm trung tâm phản ứng của đơn vị quang hợp, các phân tử antenne và một chuỗi chuyền điện tử đặc biệt có plastoquinone(Q), cytochrome và plastocyanine(PC).
Khi nồng độ NADP đã tích luỹ đủ nhưng thực vật vẫn cần năng lượng(ATP), thì con đường không vòng tròn sẽ chuyển hoá thành dạng vòng tròn.
- Phản ứng quang phân nước (photolyse) được thực hiện ở lục lạp do ánh sáng theo phương trình tổng quát sau:

2H2O 4e- + 4H+ +O2
ánh sáng
P680
26/09/2005
1
b. Hệ thống quang hợp II
Con đường e không vòng
Bảng so sánh con đường electron vòng và electron không vòng
4. Sự hoạt động của 2 hệ thống quang hợp
a. Quang phân nước: trong thylakoid, phân tử nước nhờ ánh sáng bị phân hủy thành O2, các ion hydro và các điện tử. Chúng thay thế các điện tử bị mất của P680.
b. Hệ thống quang II: sắc tố antenna hấp thụ năng lượng ánh sáng chuyển đến chlorophyll P680 đưa điện tử vào hệ chuyền điện tử vào hệ chuyền điện tử tới P700 thay thế các điện tử bị mất từ QH1.
c. Hệ thống quang I: ánh sáng đập vào sắc tố antenna. Sự rung động nhanh truyền từ phân tử qua phân tử tới P700. điện tử được kích thích và đi dọc chuỗi chuyền điện tử xuyên màng thylakoid vào stroma, nơi xảy ra phản ứng tạo NADPH.
Hóa thấm thấu tạo ATP:
Lục lạp tổng hợp ATP qua hoá thẩm thấu.
Năng lượng qua một chuỗi các chất nhận được dùng để bơm proton vào trong màng thylakoid điều này làm giảm pH trong màng.
- Các ion H+ có nồng độ cao có xu hướng đi ra ngoài. Tuy nhiên màng thylakoid chỉ cho chúng qua một số điểm có gắn enzyme ATP – synthetase, được gọi là phức hợp CF0-CF1 (CF0-CF1 complex) xuyên thủng màng thylakoid cả 2 phía tạo kênh, qua đó các proton có thể thoát ra ngoài kèm theo việc tổng hợp ATP.
4. Sự hoạt động của hệ thống quang hợp
26/09/2005
1
TỔNG QUAN VỀ QUANG HỢP
*Vi khuẩn lam Cyanobactoria.
- Là sinh vât tự dưỡng
Có khả năng quang hợp với cơ chế giống như thực vật.
Sắc tố chuyển hoá năng lượng ánh sáng chính là Chrolophyll a
Không có lục lạp, nhưng có thylakoid tham gia phản ứng pha sáng.
Sự hoà lẫn giữa chrolophyll màu lục với các sắc tố đỏ xanh tạo màu lam cho vi khuẩn.

26/09/2005
1
5. So sánh các phản ứng sáng giữa vi khuẩn và thực vật.
26/09/2005
26
Vi Khuẩn Cyanobactorya trong hồ
*Vi khuẩn sunfur lục và nâu.
Là sinh vật tự dưỡng.
Quang hợp với cơ chế khác với thực vật – chỉ có một hệ thống quang hợp.
Chất khử NADP với các điện tử từ H2S chứ không phải H2O.
Sản phẩm của quang hợp là S.
Có Chrolophyll giống với chrolophyll ở thực vật.
5. So sánh các phản ứng sáng giữa vi khuẩn và thực vật
26/09/2005
1
26/09/2005
1
Cấu trúc hiển vi của cytochrome- chi phối quá trình quang hợp trong vi khuẩn

Pha tối không cần ánh sáng, không tạo năng lượng. ATP và NADPH từ pha sáng được dùng cố định carbon tổng hợp chất hữu cơ như carbohydrate.
Mối quan hệ giữa pha sáng và pha tối về năng lượng.
26/09/2005
1
II. PHA TỐI: SỰ CỐ ĐỊNH CARBON
48 photon
H2O
6 ATP cho tế bào
12 NADPH
18 ATP
12 NADP
18 Pi
18 ADP
O2
6 CO2
6 H2O
C6H12O6 (glucose)
2. Chu trình Calvin (Chu trình C3)
Melvin Calvin
(8/4/1911-8/1/1997)
Là nhà hoá học người Mỹ
M. Calvin đã sử dụng carbon C14 để theo dõi các sản phẩm của quang hợp.
Phát hiện ra chuỗi phản ứng vòng của pha tối nên được gọi là chu trình Calvin.
Ông đạt giải Nobel vào năm 1961.
Trong chu trình Calvin,chất thâu nhận CO2 là một chất có sẵn trong tế bào lá và do ánh sáng tạo ra gọi là ribulose biphosphate có 5C (RuBP) nó thâu nhận CO2 và tạo phản ứng đầu tiên của pha tối là carboxyl hoá được xúc tác bởi enzyme ribulese biophosphate carbonxylase hiện diện trong tất cả các lục lạp.
26/09/2005
.
26/09/2005
1
Chu trình Calvin
1. Cố định Carbon: Chu trình sử dụng mỗi lần một phân tử C liên kết với đường 5C là ribulo-2-phosphate (RuBP) nhờ enzyme Rubisco. Sản phẩm là hợp chất 6C không bền vững nên nhanh chóng bị phân giải tạo nên hai phân tử 3-phosphate glixerat.
2.Khử Carbon: Mỗi phân tử 3-photphate glixerat thu nhận nhóm photphat từ ATP để tạo thành 1,3-phosphateglixerat. Tiếp theo, 1,3-phosphateglixerat bị khử bởi NADPH tạo thành đường 3C
3.Tái sinh RuBP: 5 phân tử G3P sẽ tiếp tục đi vào chu trình và sử dụng năng lượng từ ATP để tái sinh chất dường 5C là RuBP-là chất nhận CO2
Phản ứng tổng cộng của chu trình Calvin

26/09/2005
1
3CO2 + 9ATP + 6NADPH2 + 6H2O
3PGAL + 9ADP +9Pi + 6NADP+
Thực vật C3
26/09/2005
1
IV. QUANG HỢP Ở NHÓM THỰC VẬT C3, C4 VÀ CAM
Quang hô hấp
- Khi khoảng không giữa lá có nồng độ O2 cao hơn CO2, trung tâm hoạt động của RuBP(ribulose biphosphate) nhận O2 thay vì là CO2.
Trong trường hợp này, O2 là chất kìm hãm cạnh tranh với CO2. Emzyme gắn O2 vào RuBP và sản phẩm 5C phân hủy thành hợp chất 3C trong chu trình Calvin và hợp chất 2C là acid glycolic rời chloroplast vào peroxysome. Sau đó ở ty thể, chất này bị phân hủy và giải phóng CO2. Quá trình này được gọi là quang hô hấp.
- Khác với hô hấp bình thường, quang hô hấp không tích lũy ATP.
Điều kiện môi trường nóng, khô và sáng làm tăng quang hô hấp
Quang hợp C4
Phần lớn thực vật sử dụng chu trình Canvil trong bước đầu tiên để gắn CO2 vào chất hữu cơ.Ở nhiều loài thực vật, CO2 đầu tiên gắn vào tạo hợp chất trung gian 4C, gọi là thực vật C4.
Đặc điểm của thực vật C4

26/09/2005
1
+ Tế bào thịt lá chứa lục lạp. Có cấu trúc grana phát triển, thực hiện chu trình C4.
+ Tế bào bao quanh bó mạch nằm sát cạnh các bó mạch dẫn, chứa lục lạp của tế bào vòng bao quanh bó mạch với cấu trúc grana kém phát triển.
1.CO2 xâm nhập vào tế bào thịt lá bên ngoài. Đầu tiên CO2 gắn vào axit phosphoenolpyruvic(PEP) tao axit oxalic (4C)
2.Các tế bào thịt lá sẽ chuyển acid oxalic thành acid malic qua sợi liên bào vào tế bào bao mạch lá.
3.Trong tế bào bao mạch lá, axit malic nhả CO2 vào chu trình Calvin và acid pyruvic trở về tế bào thịt lá.
- Hoạt động quang hợp của các cây C4 mạnh hơn và có hiệu quả hơn các thực vật khác. Kết quả là năng suất sinh vật học của cây C4 thường rất cao.
- Xét về tiến hoá thì các cây C4 có con đường tiến hoá hơn thực vật C3 và CAM.
Ý nghĩa của con đường quang hợp của thực vật C4

26/09/2005
1
CAM (Crassrlacean Acid Metabolism)
Một biến dạng khác của cố định carbon được tìm thấy ở các động vật mọng nước thích nghi với khí hậu khô và phần lớn ở sa mạc.
Phương thức cố định carbon này gọi là CAM (Crassculacean Acid Metabolism) do phát hiện đầu tiên ở họ Crassulaceae
Các thực vật này mở khí khổng vào ban đêm, đóng lại vào ban ngày. Đêm, khi khí khổng mở thực vật này nhận CO2 và gắn vào acid hữu cơ, các tế bào thịt lá trữ các acid hữu cơ đã gắn CO2 trong các không bào. Ban ngày, khi các phản ứng sáng cung cấp ATP và NADPH cho chu trình Calvin, CO2 được phóng thích khỏi các acid hữu cơ gắn vào các phân tử đường.
CAM (Crassrlacean Acid Metabolism)
MỘT SỐ THỰC VẬT CAM
26/09/2005
1
- Đây là con đường quang hợp thích nghi với điều kiện khô hạn của các thực vật mọng nước. Nhờ con đường quang hợp này mà khả năng chịu hạn của chúng rất cao, hơn hẳn các thực vật chịu hạn khác.
- Do quang hợp trong điều kiện quá khó khăn nên cường độ quang hợp của các thực vật mọng nước thường thấp, năng suất sinh vật học cũng vào loại thấp và sinh trưởng chậm hơn các thực vật khác.
Ý nghĩa con đường quang hợp của thực vật CAM
26/09/2005
1
Bảng so sánh cấu trúc lá của thực vật C3, C4, CAM
26/09/2005
1
Ý NGHĨA CỦA QUANG HỢP
Tạo hợp chất hữu cơ cung cấp nguồn thức ăn cho toàn bộ thế giới sinh vật và con người.
Tạo cân bằng hệ sinh thái và toàn bộ sinh quyển đặc biệt là cân bằng hàm lượng CO2 và O2 khí quyển
Tổng hợp các chất hữu cơ để xây dựng nên cấu trúc cơ thể và làm nguyên liệu cho các hoạt động sống xảy ra trong cơ thể.
Làm giàu O2 cho khí quyển dẫn đến xuất hiện cơ chế hô hấp tạo năng lượng cho sự sống.
Là phương thức duy nhất chuyển năng lượng ánh sáng mặt trời thành hoá năng tích trong chất hữu cơ mà thế giới sống có thể sử dụng được.
Quang hợp là phản ứng hoá quan trọng bậc nhất trên trái đất, việc nghiên cứu về quang hợp hứa hẹn cho loài người một cuộc cách mạng sâu sắc về năng lượng và kinh tế.
Nhóm giáo sư Crossley đã tạo được dạng tổng hợp của diệp lục có thể đảm nhiệm giai đoạn đầu của quá trình quang hợp là chuyển quang năng thành điện năng.
Lá cây chuyển ánh sáng thành điện năng đạt hiệu suất 30-40% so với 12% của pin mặt trời dùng tinh thể silicon.

26/09/2005
1
Quang hợp những ước mơ ấp ủ
TÓM TẮT CHƯƠNG
Quang hợp là quá trình thu nhận ánh sáng mặt trời để tổng hợp nên chất hữu cơ như glucose để tích lũy năng lượng ở thực vật. Quá trình quang hợp được thực hiện ở lục lạp qua hai pha: sáng và tối. Pha sáng được thực hiện trên màng thylakoid qua hai quá trình phosphoryl hóa vòng và không vòng, nó tạo ra năng lượng cho phản ứng sau.
Hệ thống QH I và QH II đảm nhận việc quang thủy giải nước giải phóng O2, chuyền điện tử và proton để giải phóng năng lượng.
Pha tối được thực hiện ở stroma của lục lạp nhờ năng lượng tích lũy ở pha sáng. Các phản ứng tối được thực hiện theo chu trình Calvin, qua đó cố định CO2 để tổng hợp chất hữu cơ.
Phần lớn thực vật có quang hợp C3, số khác là thực vật C4 và CAM.
Các cơ chế quang hợp phức tạp và tinh vi. Có thể nói đó là quá trình biến đổi lượng tử sinh lý hóa học( quantic biophysicochemical process)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Sách Tham Khảo:
Sinh học đại cương – Phạm Thành Hổ.NXB ĐHQG TPHCM.
Sinh học (tập 1)-W.D.PHILLIPS and T.J. CHILTON.
Giáo trình Sinh Học Tế Bào- PGS.TS Nguyễn Như Hiền.NXB GD&ĐT.
http://www.sinhhocvietnam.com.vn
http://www.google.com.vn/
http://vi.wikipedia.org/
http://vietsciences1.free.fr/
http://thuviensinhhoc.com.vn/
http://baigiangdientu.com.vn/
http://thuviendientu.com.vn/
26/09/2005
1
TÀI LIỆU THAM KHẢO
HẾT
Ch�c c�c b?n h?c t?t
Mọi thắc mắc xin liên hệ: [email protected]
26/09/2005
1