Bài thuyết trình: Lục lạp và quá trình quang hợp
Bài thuyết trình: Lục lạp và quá trình quang hợp có nội dung trình bày thí nghiệm chứng minh có sự quang hợp, quá trình quang hợp, vai trò của quang hợp, bộ máy quang hợp, cơ chế quang hợp.
Bài thuyết trình: Lục lạp và quá trình quang hợp có nội dung trình bày thí nghiệm chứng minh có sự quang hợp, quá trình quang hợp, vai trò của quang hợp, bộ máy quang hợp, cơ chế quang hợp.
Đề tài:
Nội dung
Thí nghiệm chứng minh có sự quang hợp
Quá trình quang hợp
Vai trò của quang hợp
4 Bộ máy quang hợp
5 Cơ chế quang hợp
Thí nghiệm chứng minh sự quang hợp
Người Hy Lạp Cổ
Giữa thế kỷ 17
Thí nghiệm chứng minh sự quang hợp
Cây xanh 2H20 + ASMT -----> 4H+ + 4e + O2 Cây xanh CO2 + 4H+ + 4e -----> (CH2O) + H2O
Cây xanh/ASMT
6CO2 + 12H2O -----> 6O2 + C6H12O6 + 6H2O
Năm 1770
Một trong những sản phẩm của quang hợp là glucose, một đường 6C nên có thể tóm tắt như sau:
Quá trình quang hợp
Quang hợp là quá trình cây xanh hấp thụ năng lượng ánh sáng bằng hệ sắc tố của mình và sử dụng năng lượng này để tổng hợp chất hữu cơ (đường glucose) từ các chất vô cơ (CO2 và H2O).
Quá trình quang hợp
Quang hợp là một quá trình oxi hóa khử trong đó H2O
bị oxi hóa và CO2 bị khử.
Quá trình quang hợp xảy ra ở thực vật, tảo, một số nguyên sinh vật và một số loài vi khuẩn. Quang hợp diễn ra chủ yếu ở lá xanh.
Vai trò của quang hợp
1 Tổng hợp các chất hữu cơ
2 Quyết định sự tồn tại của sinh giới
Điều hòa không khí, giữ trong sạch bầu khí quyển
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. Hình thái của lục lạp
Trong các tế bào khác nhau ở các loài cây khác nhau
thì hình dạng của lục lạp cũng khác nhau.
Ở thực vật bậc thấp: có dạng hình lưới, hình giải xoắn,
hình sao dẹp…
Lục lạp - bào quan thực hiện chức năng quang hợp
Ở thực vật bậc cao: thường có dạng hình cầu,
hình trứng hoặc hình đĩa
Lục lạp - bào quan thực hiện chức năng quang hợp Lục lạp - bào quan thực hiện chức năng quang hợp
Lục lạp có thể xoay bề mặt để có thể tiếp xúc với sáng ánh mạnh hay yếu tuỳ thuộc vào cường độ ánh sáng tới.
Lục lạp - bào quan thực hiện chức năng quang hợp
Lục lạp - bào quan thực hiện chức năng quang hợp
Phân bố
tập trung gần nhân hoặc ở ngoại biên gần thành tế bào.
Lục lạp phân bố trong tế bào chất có khi rất đều nhưng thường
Số lượng
Số lượng lục lạp trong tế bào của các mô khác nhau là
khác nhau.
Nếu số lượng thiếu thì lục lạp sẽ phân chia để tăng thêm
số lượng, nếu thừa thì một số lục lạp sẽ bị thoái hóa đi.
Đối với thực vật bậc cao mỗi tế bào của mô đồng hóa có
nhiều lục lạp, khoảng 20-100 lục lạp. Kích thước
Đường kính trung bình của lục lạp 4-6μm, dày từ 2-5μm. Những cây ưa bóng thường có số lượng, kích thước lớn hơn những cây ưa sáng.
Lục lạp - bào quan thực hiện chức năng quang hợp
Cấu trúc của lục lạp - Lục lạp cũng có cấu trúc màng hai lớp. rất dễ - Màng ngoài 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. Stroma chứa các enzyme, các ribosome, ARN và ADN.
Lục lạp - bào quan thực hiện chức năng quang hợp
- 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). - Các thylakoid có xu hướng xếp chồng lên nhau tạo thành phức hợp gọi là grana.
Lục lạp - bào quan thực hiện chức năng quang hợp
Lục lạp - bào quan thực hiện chức năng quang hợp
Chức năng Lục lạp thực hiện quá trình quang hợp. Nhờ chlorophyll chứa trong lục lạp mà cây xanh hấp thụ năng lượng ánh sáng 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:
NLAS/ Chlorophyll 6CO2 + 6H2O -------> C6H12O6 + O2
Lục lạp - bào quan thực hiện chức năng quang hợp
Sắc tố là những chất có thể hấp thu ánh sáng thấy được. Các loại sắc tố khác nhau hấp thu ánh sáng có bước sóng khác nhau.
Trong lục lạp có các nhóm sắc tố chính là chlorophyll, carotenoid, phycobilin…
Hệ sắc tố quang hợp
Hệ sắc tố quang hợp
Hệ sắc tố quang hợp
Nhóm sắc tố phụ – Carotenoid Là nhóm sắc tố tạo nên các loại màu sắc khác nhau của thực vật. Carotenoids hấp thu ánh sáng thừa có thể tổn chlorophyll. gây hư Hấp thụ quang năng rồi truyền tới 2 tâm quang hợp bảo vệ diệp lục. Gồm 2 nhóm: + Carotene: C40H56 + Xanthophyll: C40H56O(1-6)
Hệ sắc tố quang hợp
Là nhóm sắc tố phổ biến ở thực vật bậc thấp. Gồm 2 nhóm: + Phycoerythrin: C34H47N4O8 + Phycocyanin: C34H42N4O9
Nhóm sắc tố của thực vật bậc thấp – phycobilin
Hệ sắc tố quang hợp
Tóm lại, các sắc tố quang hợp hấp thụ năng lượng ánh sáng và truyền cho diệp lục a ở trung tâm phản ứng quang hợp theo sơ đồ: Carotenoid ---> Diệp lục b ---> Diệp lục a ---> Diệp lục a trung tâm
Sau đó quang năng được chuyển hóa cho quá trình quang phân ly nước và phản ứng quang hóa hình để thành ATP và NADPH.
Cơ chế quang hợp
Quang hợp xảy ra theo hai giai đoạn, mỗi giai đoạn gồm nhiều bước và được thực hiện trong những ngăn riêng biệt.
Giai đoạn “sáng” (pha sáng) cần ánh sáng, xảy ra ở màng thylakoid, bao gồm sự chuyển điện tử từ H2O tới NADP+ NADPH + ATP
Giai đoạn “tối” (pha tối) không cần ánh sáng, xảy ra trong stroma, gồm một chuỗi phản ứng quay vòng tức chu trình Calvin (hay chu trình C3) dùng các sản phẩm cao năng của giai đoạn sáng để khử CO2 Glucid
Sự phân ngăn trong quang hợp
Cơ chế quang hợp
Sự phân ngăn trong quang hợp
Cơ chế quang hợp
Pha sáng
- Hấp thụ năng lượng ánh sáng: chl + h√ ---> chl* (chl - trạng thái bình thường, chl* – trạng thái kích thích) - Quang phân ly nước: 4 chl* + 2H2O ---> 4chlH + 4e + O2 - Photphorin hoá tạo ATP: 3ADP + 3Pv ---> 3ATP - Tổng hợp NADPH: 2NADP + 4H+ ---> 2NADPH Phương trình tổng quát: 12H2O + 18ADP + 18Pv + 12NADP ---> 18ATP + 12NADPH + 6O2
Pha sáng là pha oxi hóa nước để sử dụng H+ và e cho việc hình thành ATP và NADPH, đồng thời giải phóng O2 vào khí quyển. Pha sáng xảy ra trên màng thylakoid, giống nhau ở các thực vật. Các phản ứng xảy ra trong thylakoid:
Cơ chế quang hợp
Sự kích hoạt Chlorophyll bởi ánh sáng
Sự trở lại trạng thái căn bản của e- kích hoạt
Pha sáng
Cơ chế quang hợp
Tổ chức căn bản của một đơn vị quang hợp (quang hệ) trong màng thylakoid
Hệ thống quang (Photosystem) Trong màng thylakoid, diệp lục tố a, b và carotenoid hợp thành từng nhóm 200 – 300 phân tử sắc tố liên kết với các protein chuyên biệt. Trong tập hợp này, chỉ diệp lục tố a có khả năng phóng thích e- được kích hoạt của nó cho chất nhận e- thứ nhất và khởi đầu phản ứng sáng của quang hợp. Những đơn vị thu ánh sáng như vậy gọi là quang hệ (PS).
Cơ chế quang hợp
Pha sáng
Trên màng thylakoid có hai loại hệ thống quang: - Hệ thống quang II (PS II) hoạt động trước và hấp thu ánh sáng ở bước sóng không quá 680 nm. Trung tâm phản ứng của PS II được gọi là P680.
- Hệ thống quang I (PS I) hoạt động sau và hấp thu ánh sáng ở bước sóng không quá 700 nm. Trung tâm phản ứng của PS I được gọi là P700.
Cơ chế quang hợp
Trong màng thylakoid các PS là thành phần của chuỗi quang hợp gồm 4 phức hợp protein: PSII, cytochrom b6-f, PS I, ATPsynthase. của chuỗi. Các chất chuyên chở điện tử của chuỗi quang hợp và enzym xúc tác các phản ứng oxyd hóa khử do cấu trúc phân tử, một số chỉ chuyển điện tử (như cyt b6-f), một số chuyển đồng thời điện tử và H+ (như Plastoquinon).
Plastoquinon và Plastocyanin là 2 thành phần linh động
Cơ chế quang hợp
Pha sáng- Sự chuyển điện tử và tạo ATP
Hoạt động của quang hệ II - Trung tâm phản ứng là P680, thu năng lượng ánh sáng λ = 680nm ⇨kích động phóng thích 2e-, P680 trở thành oxyd hóa (P680+). - e* cao năng được nhận bởi Quinon ⇨ Q khử (Q-) - Từ Q-, e- được chuyển theo thế oxyd khử tới PQ ⇨ Cyt b6-f ⇨ PC. P680 ⇨ Q ⇨ PQ ⇨ Cyt b6-f ⇨ PC.
Cơ chế quang hợp
Pha sáng- Sự chuyển điện tử và tạo ATP
Cơ chế quang hợp
Pha sáng- Sự chuyển điện tử và tạo ATP
Cơ chế quang hợp
Pha sáng- Sự chuyển điện tử và tạo ATP
Cơ chế quang hợp
P680 trả 2e- cho P700, H2O trả 2e- cho P680 - Phân tử H2O gắn chặt vào 1 protein chứa mangan (Mn) ở xoang thylakoid kế cận P680. - Một phức chất trung gian Z, tích lũy điện tích đạt mức oxy hóa đủ cao để có thể hút e- từ H2O e- được trả cho P680. - Mất e-, nước bị oxy hóa tạo 2H+ và 1 nguyên tử oxygen, nguyên tử oxygen này sẽ kết hợp với nguyên tử oxygen khác (từ sự phân cắt phân tử nước khác) để tạo O2 & khuếch tán nó ra khỏi tế bào.
Cơ chế quang hợp
Pha sáng- Vai trò của chuyển e- quang hợp
- Biến năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, tích trữ ở dạng chất khử là NADPH & hợp chất phosphat cao năng là ATP. - Con đường chuyển e- không vòng có ở vi khuẩn quang hợp, thực vật & tảo. Phương trình tổng quát:
H2O + ADP + P +2NADP+ ATP +2NADPH + ½ O2 Enzym
Cơ chế quang hợp
Pha sáng- Con đường chuyển e- vòng Pha sáng Pha sáng
e-
Cơ chế quang hợp
Pha sáng - Con đường chuyển e- vòng
Trong quá trình vận chuyển điện tử, có sự tham gia của các hệ thống enzyme đặc hiệu, nên hình thành các liên kết phosphoryl giàu năng lượng ATP mà không có tham gia của bất kỳ một chất cho hay chất nhận điện tử nào khác. Phương trình tổng quát:
nADP +n P→ n ATP +n H2O
Cơ chế quang hợp
Pha sáng – Phosphoryl hóa
Cùng với sự tạo chất khử NADPH, một phần năng
Đó là sự quang phosphoryl hóa ADP hay sự đi cặp
ATPsynthase hay ATPase gồm 2 thành phần:
Sự quang phosphoryl hóa (tạo ATP) lượng của photon được dùng tạo ATP. “chuyển e- / phosphoryl hóa” - CF1 hình câu, thích nước, nhô ra stroma, là phần xúc tác của enzym. - CFo hình trụ, thích lipid, nằm xen trong màng, là kênh proton. “ATPase” là máy hoạt động thuận nghịch: tổng hợp ATP nhờ lực dẫn proton & bơm proton ngược với khuynh độ điện hóa nhờ thủy giải ATP.
Cơ chế quang hợp
Pha sáng – Phosphoryl hóa
e- từ nước ⇨ NADP+, cùng với sự chuyển 2H+ (nhờ PQ)
4H+ được phóng thích trong khoang thylakoid: 2 H+ bởi
Cơ chế quang hợp
Pha sáng – Phosphoryl hóa
Cơ chế quang hợp
Pha tối là pha khử CO2 nhờ ATP và NADPH được hình thành trong pha sáng để tạo chất hữu cơ (C6H12O6). Pha tối xảy ra trong chất nền (stroma) và thực hiện chu trình Calvin. Carbon đi vào chu trình dưới dạng CO2 và ra khỏi chu trình ở dạng glyceraldehyde-3- phospate (G3P). Chu trình Calvin gồm ba giai đoạn:
- Giai đoạn cố định CO2 - Giai đoạn khử - Tái tạo chất nhận CO2 (RuBP).
Pha tối- Chu trình Calvin
Cơ chế quang hợp
CO2 được cố định bởi
Enzym
xúc
tác
Cố định carbon: RuBP ⇨ 3-phosphoglycerat. là Rubisco (ribulose biphosphat carboxylase oxygenase).
Pha tối- Chu trình Calvin
Cơ chế quang hợp
Pha tối – Chu trình Calvin
Phosphoryl hóa & khử: sử
dụng ATP & NADPH
⇨
Lục lạp giữ 5/6 phân tử C3 -
3-phosphoglycerat Glyceraldehyd 3- phosphat (C3-P) Phóng thích C3-P: 1phân tử C3-P nhờ protein đối vận chuyển màng trong lục lạp ⇨ tế bào chất. Để tổng hợp sucrose (chu trình phải quay 12 lần để phóng thích đủ 4 phân tử C3-P). P cho sự tái tạo RuBP.
Cơ chế quang hợp
Giai đọan tái tạo RuBP: Một chuỗi phản ứng dùng ATP tái sắp xếp giữa các chuỗi carbon ⇨ những hợp chất trung gian trong đó tái tạo lại phân tử RuBP khởi đầu vòng mới của chu trình. * Chu trình Calvin trả lại ADP & NADP+ cho các phản ứng sáng.
Pha tối- Chu trình Calvin
Cơ chế quang hợp
Pha tối- Chu trình Calvin
Cơ chế quang hợp
Pha tối –Thực vật C3
Hoạt
tính Rubisco (ribulose biphosphat carboxylase oxygenase) thay đổi tùy [CO2] hay [O2] (tỉ lệ [CO2] / [O2]) sẵn sàng cho nó. Thực vật C3: Điều kiện tối ưu cho quang hợp, Rubisco thực hiện chức năng carboxylaz tức cố định CO2 vào RuBP 3-phosphoglycerat (có 3C). Các loài thực vật mà chu trình Calvin dùng trực tiếp CO2 từ không khí: thực vật C3.
Cơ chế quang hợp
Pha tối –Thực vật C3 Khi nhiệt độ tăng, [CO2] / [O2] ¯ trong TB, O2 sinh ra trong phản ứng sáng không ngừng gia tăng khiến Rubisco cố định O2 trên RuBP 1 phân tử 3-phosphoglycerate (3C) & 1 phosphoglycolate (2C). Phosphoglycolate tạo ra CO2 & nước ở peroxysom và ty thể. Toàn bộ quá trình từ cố định O2 tới CO2 & nước được gọi là quang hô hấp. Quang hợp giảm mạnh khi trời nóng & khô.
Cơ chế quang hợp
Pha tối - Thực vật C4
Thực vật C4: pha tối thực hiện chu trình Hatch – Slack. Thực vật C4 gồm: kê, rau dền,... Thực vật C4 sống ở khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, khí hậu nóng ẩm kéo dài, cấu trúc lá có tế bào bao bó mạch, có cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO2 thấp hơn, thoát hơi nước thấp hơn,... nên có năng suất cao hơn.
Cơ chế quang hợp
Các cây C4 làm giảm thiểu sự quang hô hấp bằng cách cố định CO2 thành một hợp chất 4 carbon trữ trong các tế bào lục mô. Bước này cần có sự tham gia của enzyme PEP carboxylase. PEP carboxylase có ái lực cao đối với CO2 so với rubisco nên nó có thể cố định CO2 cả khi nồng độ CO2 rất thấp.
Những hợp chất 4 carbon được chuyển vào các tế bào bao bó mạch. Tại đây chúng phóng thích CO2 để đưa vào chu trình Calvin.
Pha tối- Thực vật C4
Cơ chế quang hợp
Pha tối - Thực vật CAM
Thực vật CAM sống ở vùng sa mạc, điều kiện khô hạn kéo dài. Vì lấy được ít nước nên tránh mất nước do thoát hơi nước cây đóng khí khổng vào ban ngày và nhận CO2 nào ban đêm khi khí khổng mở nên có năng suất thấp.
– Ban đêm khi khí khổng mở, CO2 được cố định thành một acid
Một số cây thuộc họ Thuốc bỏng (Crassulaceae), họ Khóm (Bromeliaceae) cố định carbon bằng con đường chuyển hóa CAM (Crassulacean Acid Metabolism).
hữu cơ
– Ban ngày khi khí khổng đóng, CO2 được phóng thích từ acid
hữu cơ và được dùng cho chu trình Calvin
Cơ chế quang hợp
Pha tối- Thực vật CAM
Cơ chế quang hợp
Pha tối- Thực vật C3, C4, CAM
Cơ chế quang hợp
Pha tối- Thực vật C3, C4, CAM
Quang hô hấp
Ở thực vật đồng hoá CO2 theo chu trình Calvin, cùng với qúa trình hô hấp ở ty thể còn có quá trình hô hấp khác xảy ra đồng thời với quá trình quang hợp. Đó là hô hấp ánh sáng Ở những cây này các sản phẩm sơ cấp của quang hợp đã bị phân huỷ thành CO2 ngoài sáng. Sự hấp thụ O2 cùng với sự thải CO2 xảy ra phụ thuộc vào ánh sáng nên được gọi là hô hấp sáng (quang hô hấp). Những cây này hô hấp đồng hành với quang hợp.
Quang hô hấp
Quang hô hấp xảy ra tại 3 bào quan khác nhau: lục lạp, peroxixom và ty thể. Tế bào chất là môi trường để các chất đi qua từ bào quan này sang bào quan khác. Lục lạp: Tại lục lạp diễn ra quá trình oxy hoá Ribulozo 1,5 diP do Ribulozo 1,5 diP-oxydase xúc tác tạo nên axit glyceric và axit glycolic. Đồng thời axit glyoxilic từ ty thể đưa sang cũng được khử thành axit glycolic. A.glicolic chuyển sang peroxixom để tiếp tục biến đổi theo hô hấp sáng.
Quang hô hấp
Quang hô hấp
Quang hô hấp
Hô hấp ánh sáng có một số khác biệt với hô hấp bình thường xảy ra ở ty thể: - Hô hấp ánh sáng tiến hành ở lục lạp làm giảm sút cường độ quang hợp. Ở các mô không tiến hành quang hợp không có quá trình hô hấp sáng.
- Cường độ hô hấp ánh sáng lớn gấp vài lần so với hô hấp ty thể, nó phụ thuộc vào nhiệt độ nhưng không gắn liền với sự tạo thành ATP.
- Hô hấp ánh sáng đã phân giải các sản phẩm sơ cấp của quang hợp, tiêu hao 20-50% lượng chất hữu cơ của quang hợp, do đó những cây C4 không có hô hấp sáng, thường có nhịp điệu sinh trưởng nhanh hơn và cho năng suất cao hơn.
Quang hô hấp
- Hô hấp sáng liên quan với hàm lượng oxy không khí. Khi giảm hàm lượng oxy không khí. Khi giảm hàm lượng oxi từ bình thường (21%) xuống 0% thì hô hấp sáng hoàn toàn bị ức chế. Quá trình này tăng theo hàm lượng oxy tới 100%.
- Hô hấp ánh sáng không nhạy cảm với các chất kìm hãm hô
hấp ty thể.
Về vai trò của hô hấp ánh sáng người ta cho rằng mặc dù hô hấp ánh sáng có ảnh hưởng bất lợi tới năng suất cây trồng và trong quá trình này không có hiệu quả năng lượng (không tạo bất kỳ ATP nào), nhưng nó cũng có ý nghĩa nhất định ở chỗ qua quá trình này có thể tạo thành một số axit amin.
MỘT SỐ CÂU HỎI Câu 1: Cường độ ánh sáng ảnh hưởng tới quá trình quang hợp như thế nào? Câu 2: Trong trường hợp nào xảy ra chuỗi vận chuyển vòng và không vòng? Câu 3: Phân tử nào hấp thụ ánh sáng P700 và P680? Câu 4: Quang hô hấp là gì? Điều kiện xảy ra quang hô hấp? Câu 5: Ở các nhóm thực vật C3, C4, thực vật CAM quá trình quang hợp xảy ra ở đâu? Câu 6: Cấu tạo của màng thylakoid để đảm nhận chức năng quang hợp? Câu 7: Cơ chế tổng hợp ATP ở quá trình quang hợp? Câu 8: Cơ chế để lục lạp xoay khi tiếp nhận ánh sáng ở cường độ khác nhau? Câu 9: Vai trò của các sắc tố trong quá trình quang hợp? Câu 10: Đối với những loài không có diệp lục (ví dụ tảo lam, tảo lục, vi khuẩn lưu huỳnh…) thì tiếp nhận ánh sáng như thế nào? Câu 11: Vì sao màng ngoài của lục lạp dễ thấm và màng trong lục lạp khó thấm?
TRẢ LỜI CÂU HỎI
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Ánh sáng là điều kiện cơ bản để tiến hành quang hợp. Cường độ ánh
Câu 1: Cường độ ánh sáng ảnh hưởng tới quá trình quang hợp như thế nào?
TRẢ LỜI CÂU HỎI
TRẢ LỜI CÂU HỎI
TRẢ LỜI CÂU HỎI
ADP + Pv + NADP + H2O ATP + NADPH2 + O2
Sản phẩm của quá trình photphoryl hoá không vòng là: Dòng e- không vòng xảy ra ở mọi thực vật bậc cao.
Câu 2: Trong trường hợp nào xảy ra chuỗi vận chuyển vòng và không vòng?
TRẢ LỜI CÂU HỎI
ADP + Pv ATP
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Có hai kiểu quang hệ ở thực vật: quang hệ I (PSI) và quang hệ II (PSII). Trong PSI có hệ ánh sáng I là những ánh sáng có bước sóng dài (λ > 730nm). Hệ sắc tố I gồm carotenoid, chlorophyl b, chlorophyl a- 660, chlorophyl a-670, chlorophyl a-678, chlorophyl a-683, chlorophyl a-690 tham gia vào hoạt động hấp thu năng lượng ánh sáng hệ I và truyền năng lượng đến tâm PSI là P700. Trong PSI phân tử diệp lục tố a của trung tâm phản ứng được gọi là P700, vì hấp thu tốt nhất ánh sáng đỏ có độ dài sóng 700nm. Trong PSII có hệ ánh sáng II là những ánh sáng có bước sóng ngắn hơn hệ ánh sáng I (λ < 700nm). Hệ sắc tố II gồm xantophyl, chlorophyl b, chlorophyl a- 680, chlorophyl a-660, chlorophyl a-670, tiếp nhận ánh sáng hệ II và truyền năng lượng đến tâm PSII là P680. Trong PSII phân tử diệp lục a của trung tâm phản ứng được gọi là P680, vì hấp thu tốt nhất ánh sáng đỏ có độ dài sóng 680nm. Trung tâm phản ứng của PSI và PSII đều chứa một cặp phân tử diệp lục tố a giống nhau, nhưng các phân tử này liên kết với protein khác nhau trong màng thylakoid nên có sự hấp thu ánh sáng có độ dài sóng khác nhau.
Câu 3: Phân tử nào hấp thụ ánh sáng P700 và P680?
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Ở thực vật đồng hoá CO2 theo chu trình Calvin, cùng với qúa trình hô hấp ở ty thể còn có quá trình hô hấp khác xảy ra đồng thời với quá trình quang hợp. Đó là hô hấp ánh sáng Ở những cây này các sản phẩm sơ cấp của quang hợp đã bị phân huỷ thành CO2 ngoài sáng. Sự hấp thụ O2 cùng với sự thải CO2 xảy ra phụ thuộc vào ánh sáng nên được gọi là hô hấp sáng (quang hô hấp). Những cây này hô hấp đồng hành với quang hợp.
Câu 4: Quang hô hấp là gì? Điều kiện xảy ra quang hô hấp?
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Quang hô hấp xảy ra tại 3 bào quan khác nhau: lục lạp, peroxixom và ty thể. Tế bào chất là môi trường để các chất đi qua từ bào quan này sang bào quan khác. Lục lạp: Tại lục lạp diễn ra quá trình oxy hoá Ribulozo 1,5 diP do Ribulozo 1,5 diP-oxydase xúc tác tạo nên axit glyceric và axit glycolic. Đồng thời axit glyoxilic từ ty thể đưa sang cũng được khử thành axit glycolic. A.glicolic chuyển sang peroxixom để tiếp tục biến đổi theo hô hấp sáng.
TRẢ LỜI CÂU HỎI
TRẢ LỜI CÂU HỎI
TRẢ LỜI CÂU HỎI Hô hấp ánh sáng có một số khác biệt với hô hấp bình thường xảy ra ở ty thể: - Hô hấp ánh sáng tiến hành ở lục lạp làm giảm sút cường độ quang hợp. Ở các mô không tiến hành quang hợp không có quá trình hô hấp sáng.
- Cường độ hô hấp ánh sáng lớn gấp vài lần so với hô hấp ty thể, nó phụ thuộc vào nhiệt độ nhưng không gắn liền với sự tạo thành ATP.
- Hô hấp ánh sáng đã phân giải các sản phẩm sơ cấp của quang hợp, tiêu hao 20-50% lượng chất hữu cơ của quang hợp, do đó những cây C4 không có hô hấp sáng, thường có nhịp điệu sinh trưởng nhanh hơn và cho năng suất cao hơn.
TRẢ LỜI CÂU HỎI
- Hô hấp sáng liên quan với hàm lượng oxy không khí. Khi giảm hàm lượng oxy không khí. Khi giảm hàm lượng oxi từ bình thường (21%) xuống 0% thì hô hấp sáng hoàn toàn bị ức chế. Quá trình này tăng theo hàm lượng oxy tới 100%.
- Hô hấp ánh sáng không nhạy cảm với các chất kìm hãm hô
hấp ty thể.
Về vai trò của hô hấp ánh sáng người ta cho rằng mặc dù hô hấp ánh sáng có ảnh hưởng bất lợi tới năng suất cây trồng và trong quá trình này không có hiệu quả năng lượng (không tạo bất kỳ ATP nào), nhưng nó cũng có ý nghĩa nhất định ở chỗ qua quá trình này có thể tạo thành một số axit amin.
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Thực vật CAM: dứa, xương rồng, thuốc bỏng, cây mọng nước ở
Thực vật C3: lúa, khoai, sắn, các loại rau, đậu ... Thực vật C4: ngô, mía, cỏ lồng vực, cỏ gấu, rau dền, cỏ gà, cỏ chân vịt, cỏ mần trầu, cỏ voi, kê, cỏ sâu róm, cúc bách nhật, cây chổi sể, hoa mười giờ, rau sam ... sa mạc
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Các loại cây quang hợp theo chu trình C4 có các đặc tính ưu việt hơn các cây quang hợp theo chu trình khác nhờ cấu tạo giải phẫu của lá có sự khác biệt. Ở thực vật C4 hai mặt lá đều có khí khổng. Giữa hai lớp biểu bì, phía ngoài là phần thịt lá, phía trong là phần bó mạch. Lục lạp của thực vật C4 có 2 loại: lục lạp của tế bào thịt lá với những hạt grana phát triển đầy đủ chúng tích lũy ít tinh bột còn lục lạp của tế bào bó mạch không có hạt grana chúng tích lũy nhiều tinh bột. Chính hai loại lục lạp nằm ở hai bộ phận khác nhau như vậy đã làm tách biệt các bước của cây quang hợp kiểu C4. Giải phẫu Kranz mà bộ máy quang hợp gắn chặt với hoạt động của dòng nước trong bó mạch. Vì vậy kiểu cây C4 không có quang hô hấp do khả năng thoát hơi nước nhanh dẫn đến mức tiêu tốn cho một đơn vị chất khô thấp, vận chuyển sản phẩm quang hợp đến các bộ phận khác diễn ra nhanh.
TRẢ LỜI CÂU HỎI
TRẢ LỜI CÂU HỎI
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Câu 6: Cấu tạo của màng thylakoid để đảm nhận chức năng quang hợp?
TRẢ LỜI CÂU HỎI
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). Các thylakoid có xu hướng xếp chồng lên nhau tạo thành phức hợp gọi là grana. Diệp lục tố nằm trên màng thylakoid nên grana có màu xanh lục. Màng thylakoid chứa hơn 60 loại phân tử protein khác nhau nằm xen vào màng kép lipid, ngoài ra còn một số lượng lớn các sắc tố chlorophyl liên kết chặt chẽ với một số phân tử protein. Các phân tử diệp lục chúng quay đầu ưa nước về phía protein và đuôi ghét nước nằm trong lớp lipid. Giữa các đuôi ghét nước của phân tử diệp lục là các phân tử protein. Sự sắp xếp và cấu trúc của thylakoid tạo nên các đơn vị quang hợp và thực hiện pha sáng của quá trình quang hợp
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Câu 7: Cơ chế tổng hợp ATP ở quá trình quang hợp?
Các quang hệ PSI và PSII, chuỗi vận chuyển e- và phức hợp ATP synthaz có vị trí đặc biệt trong màng thylakoid. Một phần năng lượng phóng thích trong dòng e- được dùng để bơm các ion H+ qua màng thylakoid, từ stroma vào khoảng trong màng thylakoid. Sự bơm H+ làm phát sinh một khuynh độ điện hóa proton xuyên qua màng. Các ion H+ do đó có khuynh hướng khuếch tán từ khoảng trong thylakoid trở lại stroma, qua kênh dẫn H+ của ATP synthaz. Khi H+ qua kênh, ATP synthaz được hoạt hóa để xúc tác sự phosphoryl hóa ADP tạo ATP. Người ta gọi đây là sự quang phosphoryl hóa vì năng lương khởi đầu có nguồn gốc từ năng lượng ánh sáng để phân biệt với phosphoryl hóa oxid hóa trong hô hấp tế bào. Sự bơm proton để phát triển lực hấp dẫn proton và cơ chế hoạt động của ATP synthaz được giải thích trong sự hô hấp của tế bào.
TRẢ LỜI CÂU HỎI
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Câu 7: Cơ chế tổng hợp ATP ở quá trình quang hợp?
4H+ được phóng thích trong khoang thylakoid: 2 H+ bởi sự
e- từ nước ⇨ NADP+, cùng với sự chuyển 2H+ (nhờ PQ) từ
stroma qua màng ⇨ khoang thylakoid. Sự khử NADP+ sử dụng 1 H+ của stroma ⇨ 3H+ bị lấy khỏi stroma. oxyd hóa nước, 2 H+ bởi sự chuyển vị. Nói cách khác, một phần năng lượng ánh sáng giúp chuyển e- được đổi thành một khuynh độ điện hóa proton cho phép các H+ trở về stroma. H+ không thể khuếch tán qua màng thylakoid, mà qua kênh CF0 thì CF1 được kích hoạt và xúc tác sự phosphoryl hóa ADP thành ATP.
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Giống nhau Năng lượng phóng thích từ sự di chuyển e-, qua các phản ứng oxid hóa khử liên tiếp nhau, được dùng để thiết lập khuynh độ H+và lực dẫn H+, dẫn đến sự hoạt hóa ATP synthaz và sự tạo ATP theo cơ chế hóa thẩm. Khác nhau Ở ty thể H+ được bơm từ matrix ra khoảng giữa các màng (ATP rời ATP synthaz
vào matrix).
Ở lục lạp, H+ được bơm từ stroma vào khoảng trong thylakoid (ATP rời ATP
synthaz vào stroma).
Ở màng trong ty thể : chuyển e- từ NADH hay FADH2 tới O2 để tạo H2O, bơm H+ qua màng, thiết lập khuynh độ H+, phát triển lực dẫn H+, H+ qua kênh F0, hoạt hóa F1, phosphoryl hóa ADP (tạo ATP).
Ở màng thylakoid: các quang hệ nhận proton có bước sóng thích hợp, chuyển e- từ nước tới NADH+, bơm H+ qua màng, thiết lập khuynh độ H+, phát triển lực dẫn H+, H+ qua kênh F0, hoạt hóa F1, phosphoryl hóa ADP (tạo ATP).
So sánh cơ chế tổng hợp ATP ở quá trình quang hợp và hô hấp?
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Lục lạp có thể xoay bề mặt, chiều quay trong tế bào để có thể bảo vệ lục lạp khi tiếp xúc với ánh sáng quá mạnh đồng thời tăng khả năng hấp thụ ánh sáng khi gặp ánh sáng yếu. Cơ chế để lục lạp xoay khi tiếp nhận ánh sáng là nhờ vào sự cử động của bộ xương tế bào. Khi gặp ánh sáng mạnh lục lạp quay hướng song song với chiều các tia sáng làm giảm tiết diện tiếp xúc với ánh sáng nên lục lạp được bảo vệ. Ngược lại, khi ánh sáng có cường độ thấp, lục lạp quay vuông góc với chiều các tia sáng làm tăng diện tích tiếp xúc với ánh sáng, tận dụng được nhiều ánh sáng cho quang hợp.
Câu 8: Cơ chế để lục lạp xoay khi tiếp nhận ánh sáng ở cường độ khác nhau?
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Vai trò chlorophyl - Hấp thụ năng lượng ánh sáng để chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện tử của Chl - Tham gia truyền năng lượng trong các loại sắc tố. Qua đó truyền năng lượng từ các phân tử sắc tố đến 2 tâm quang hợp để thực hiện phản ứng quang hoá. - Chl dựu trữ năng lượng sáng - Thực hiện phản ứng quang hoá từ đó chuyển năng lượng dự tữ của Chl thành năng lượng ATP và NADPH2 Vai trò của Carotenoid - Hấp thụ năng lượng ánh sáng và truyền năng lượng hấp thu được cho chlorophyl - Bảo vệ chlorophyl: carotenoid hấp thu ánh sáng thừa có thể gây hư tổn chlorophyl. - Sự có mặt của Carotenoid tạo khả năng để cây xanh sử dụng nhiều bước sóng khác nhau và tăng hiệu quả quang hợp. Vai trò phycobilin: sắc tố phổ biến ở thực vật bậc thấp, hấp thu ánh sáng ở
bước sóng ngắn.
Câu 9: Vai trò của các sắc tố trong quá trình quang hợp?
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Tóm lại, các sắc tố quang hợp hấp thụ năng lượng ánh sáng và truyền cho diệp lục a ở trung tâm phản ứng quang hợp theo sơ đồ: Carotenoid ---> Diệp lục b ---> Diệp lục a ---> Diệp lục a trung tâm
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Câu 10: Đối với những loài không có diệp lục (ví dụ tảo lam, tảo lục, vi khuẩn lưu huỳnh…) thì tiếp nhận ánh sáng như thế nào?
+ Nhóm dinh dưỡng quang năng hữu cơ:
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Vi khuẩn lam Prochloron
Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục Chlorobium
Tất cả các vi khuẩn quang hợp đều chứa sắc tố quang hợp. Sắc tố quang hợp ở vi khuẩn được gọi là bacteriochlorophyll với nhiều loại khác nhau như bacteriochlorophyll a, b, c, d ... mỗi loại có một phổ hấp thụ ánh sáng riêng. Ngoài ra còn có một số sắc tố thuộc loại carotenoid. Carotenoid ở vi khuẩn không giống với carotenoid ở tảo hoặc thực vật.
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Ở vi khuẩn quang hợp có hai loại phosphoryl hóa quang hợp: phosphoryl hóa
+ Phosphoryl hóa vòng:
thực hiện phản ứng phosphoryl hóa sản sinh ra ATP. Electron
+ Phosphoryl hóa không vòng:
vòng và phosphoryl hóa không vòng. Trong điều kiện kỵ khí một số vi khuẩn quang hợp có thể sử dụng năng lượng của ánh sáng để từ bacteriochlorophyll được tách ra dưới tác dộng của ánh sáng, sau đó tham gia vào chuỗi hô hấp tuần hoàn và quay trở lại bacteriochlorophyll. Trên đường đi đã sản sinh ra ATP. Việc sinh ra ATP được thực hiện riêng rẽ với việc sinh ra [H] có năng lực khử. [H] có năng lực khử được sinh ra từ các chất vô cơ cho hydrogen (như H2S...). Quá trình quang hợp này không sản sinh ra oxy. Vi khuẩn lam dùng nước là nguồn cung cấp điện tử và tạo ra oxy. Không giống sự quang hợp ở Vi khuẩn. Vi khuẩn lam là những sinh vật đơn giản nhất phóng thích oxy trong khí quyển thông qua quang hợp. Vi khuẩn lam có chứa chlorophyll a và sắc tố carotenoid. Ngoài ra, chúng còn có thêm nhóm sắc tố đặc biệt là phycobilin. Phycobilin gồm hai sắc tố màu xanh (c-phycocianin và c-allophycocyanin) và một sắc tố màu đỏ (c-phycoerythrin). Thành phần sắc tố thay đổi trong tế bào của những loài khác nhau làm cho chúng có màu từ xanh lam đến đỏ đậm, nâu đậm hay đen. Năng lượng ánh sáng hấp thu được chuyển đến diệp lục tố a ở trên màng tế bào. Năng lượng còn chuyển đến bởi phycobilisome là những thể chứa phycobilin nằm trên màng tế bào. Vi khuẩn lam không có diệp lục tố b.
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Sắc tố QH
Chlorophyll
Chlorophyll Bacteriochlorophyll
Hệ thống quang
Có
Có
Không
hợp II
Chất cho electron
H2O
H2, H 2S, S,…
H2O Có (hoặc không
Có
trong điều kiện
Không
Thải O2 tự do
nhất định)
SP sơ cấp biến đổi
ATP + NADPH ATP + NADPH
ATP
năng lượng
Nguồn C
CO2
CO2
Nguồn hữu cơ hoặc CO2
TRẢ LỜI CÂU HỎI
Lục lạp cũng 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. Màng ngoài rất dễ thấm để các chất như nước, một số chất hòa tan trong nước như CO2… và các enzym di chuyển vào trong lục lạp thực hiện chức năng quang hợp. Màng trong của lục lạp rất ít thấm cản trở sự di chuyển ngược lại qua màng ra ngoài. Sản phẩm tạo thành sau quá trình quang hợp được chuyển ra ngoài nhờ các hệ thống bơm trên màng. Màng lục lạp cũng có tính thấm chọn lọc.
Câu 11: Vì sao màng ngoài của lục lạp dễ thấm và màng trong lục lạp khó thấm?