Sinh học phân tử chương 11

CHUONG 11: Cấu Trúc Quang hợp
Quang hợp
Chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học
Khoảng 1.5x1022 kJ năng lượng mặt trời mang đến cho trái
đất mỗi ngày, trong đó khoảng 1% năng lượng được hấp phụ
bởi các sinh vật quang hợp và chuyển đổi thành năng lượng
hóa học

6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2 (reverse of glycolysis/TCA)

1011 tấn CO2 trên địa cầu được cố định mỗi năm

I.Những nghiên cứu ban đầu
Bác sĩ Van Helmont trồng liễu Salix (1668)
90,72 kg đất + Salix (2,27kg) + H2O 5 năm Salix(74,47kg) + 90,66 kg đất (90,72-0,06 kg đất mất):Nước làm tăng trọng lượng liễu
2. Joseph Priestley (1772)
- Nến + Hộp Nến tắt
- Hộp + Chuột Chuột chết
- Hộp + Chuột + Cây xanh Chuột không chết: Cây xanh làm chuột không chết
3. Bác sĩ Ingen-Housz(1778): Chuột không chết nếu cây được chiếu sáng
4. Jean Senebier: Quang hợp phóng thích oxy luôn đi kèm với hấp thu CO2 làm gia tăng trọng lượng cây xanh
II.Các cấu trúc quang hợp
1.Luc lạp ở thực vật xanh
Hình dạng: hạt đường kính 2-4 m, dài khoảng 7 m
b. Phân bố: Trong các cơ quan tiếp xúc với ánh sáng như thân,lá..Sự phân bố lục lạp trong thực vật C3 khác thực vật C4
c. Kiến trúc & cấu tạo:
- Hai màng dầy khoảng 6nm cách nhau một khoảng 10-20nm, bao quanh cơ chất (stroma)
-Thylakoid: màng thứ ba gấp xếp tạo thành các túi thylakoid; túi phình tạo thành dĩa dẹp granum, đôi khi granum xếp chồng lên nhau như chồng dĩa (grana). Các túi thông nhau bởi các thylakoid lamellae. Nội dung bên trong gọi là lumen. Màng thylakoid chứa sắc tố quang hợp


Pea Leaf Stoma, Vicea sp. (SEM x3,520). This image is copyright Dennis Kunkel at www.DennisKunkel.com, used with permission
C3
C4
Quang hợp- Sự phân chia hóa
Xãy ra ở màng thylakoid
Cấu tạo của lục lạp thực vật xanh cấp cao
Stroma
- Nằm giữa màng trong và thylakoid
- Trung tâm tổng hợp carbohydrat
- Dịch chất chứa nhiều chất hoà tan, enzim lộ trình Calvin và các enzim của các phản ứng khác, các hạt tinh bột.
-Chứa acit nhân riêng. ADN có kiến trúc sợi đôi vòng kín, có khi chiếm đến 10% tổng ADN của tế bào và có trình tự nucleotid khác với ADN trong nhân. Tổng hợp của các acit nhân không đồng lúc với tổng hợp acit nhân trong nhân
2 . Màng thylakoid
- Màng đôi phân tử lipit chứa 60 loại protein và sắc tố quang hợp
- Khoảng 70% lipit thuộc hai nhóm lipit có nhiều cầu nối đôi(đói)
- Protein của thylakoid chia làm hai nhóm: HT quang hợp I và HT quang hợp II
- Carbohydrat hiện diện dưới dạng các glycolipit
Chlorophyll
Photosynthesis depends on photoreactivity of chlorophyll
A planar, conjugated ring system - similar to porphyrins (hemes in Hb and cyt c)
Mg in place of iron in the center
Long chain phytol group confers membrane solubility
Aromaticity makes chlorophyll an efficient absorber of light – delocalized electrons above and below ring structure
Cấu trúc và phổ hấp phụ của Chlorophyll a và b
Ánh sáng được thu hoạch bởi các sắc tố quang hợp
Số phận của năng lượng ánh sáng được hấp phụ
Cấu tạo của lục lạp thực vật xanh cấp cao


2 . Màng thylakoid
- Màng đôi phân tử lipit chứa 60 loại protein và sắc tố quang hợp
- Khoảng 70% lipit thuộc hai nhóm lipit có nhiều cầu nối đôi(đói)

- Protein của thylakoid chia làm hai nhóm: HT quang hợp I và HT quang hợp II

- Carbohydrat hiện diện dưới dạng các glycolipit
Hệ thống quang hợp (PS)
Photosystem I (PSI) (P700) and
Photosystem II (PSII) (P680)


PSI hấp phụ ánh sáng tại 700 nm

PSII hấp phụ ánh sáng tại 680 nm
Các vai trò của PSI and PSII
PSI provides reducing power – NADPH
PSII splits water and feeds electrons into an electron transport pathway that generates a proton gradient
ATP is generated by establishment of a proton gradient as a result of the reactions in PSII to PSI
Photolysis
- oxidation of water
Reduction of NADP+
- water is electron donor
Hệ thống quang hợp là phức thu hoạch ánh sáng nằm ở màng thylakoid. Mỗi PS bao gồm:
a. Phức anten
• Gồm hàng trăm chlorophyll a, chlorophyll b và các phân tử caroten hấp phụ photon ánh sáng và chuyển năng lượng hấp phụ từ phân tử này tới phân tử kia
• Các sắc tố khác nhau bên trong phức anten có phổ hấp phụ khác biệt không đáng kể, vì vậy mà chúng có thể hấp phụ các photon hiệu quả hơn so với chỉ có một kiểu phân tử sắc tố

b. Trung tâm phản ứng: Một cặp chlorophyll a đặc biệt

c. Chất nhận điện tử đầu tiên
Cấu tạo của hệ thống quang hợp
Schematic of a Photosynthetic Unit
III. B? mây chuy?n hoâ nang lu?ng
Thực vật xanh,rong và vi khuẩn lam
1). Hệ thống QH II: Chứa 11 loại polypeptit, 200 phân tử Chl.a, 100 p.t.chl.b, 50 p.t. carotenoid, 3 plastoquinon (QA,QB, Z ), một sắt, hai p.t. pheophytin, một hay nhiều cytochrom b-559, bốn Mn và một số ion Cl- và calcium. Trung tâm phản ứng gồm một cặp Chl.a: (P680)
2). Hệ thống QH I: Chứa 13 loại polypeptit, 200 p.t. chl., một số chủng loại carotenoid, ba phức hợp chứa FeS và một hay nhiều quinon. Trung tâm phản ứng gồm một cặp p.t. chl.a: (P 700)
3). Tổng hợp ATP
ADP+ Pi ATP synthaz ATP

ATP synthaz hay phức hợp CFo-CF1 gồm: CFo gồm ít nhất ba loại bán đơn vị và chứa các hexame polypeptit làm kênh dẫn proton(H+) từ lumen ra stroma; CF1 gồm các bán đơn vị 33  xúc tác tổng hợp ATP
Photosynthetic Electron Transfer Complexes
PSII Complex (P680)
- responsible for photolysis of water
- oxygen evolving complex that generates electrons

Cytochrome b6/Cytochrome f Complex
- mediates transfer of electrons from PSII to PSI
- also pumps protons across thylakoid membrane
from stroma into lumen

PSI Complex (P700)
- reduces NADP+
Chuyển hoá quang năng ở thực vật xanh,rong và vi khuẩn lam
Lộ trình vận chuyển điện tử hở:
- Từ ferredoxin nằm ở mặt ngoài của màng thylakoid, điện tử (và proton) được dẫn đến NADP+ thông qua FAD cho ra NADPH
2. Lộ trình kín:
-Từ ferredoxin ở mặt ngoài của màng thylakoid, điện tử được dẫn qua nhiều cytochrom rồi trở về TT I
-Cùng lúc, các proton(+) được vận chuyển từ stroma vào lumen tạo ra sự chênh lệch nồng độ proton giữa stroma và lumen giúp phản ứng tổng hợp ATP xảy ra
-Không có sự tham gia của TT II, không phóng thích oxy và không có NADPH thành lập
An important result of photosynthesis is the extraction of hydrogen from water and its incorporation into sugar.
• Electrons associated with hydrogen have more potential energy in organic molecules than they do in water, where the electrons are closer to electronegative oxygen.
• Energy is stored in sugar and other food molecules in the form of these high-energy electrons.
L? t�nh v?n chuy?n di?n t? h?