Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp Đề tài " Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp " Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 1 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp MỤC LỤC Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 2 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp LỜI NÓI ĐẦU Ta biết rằng mọi cơ thể sống chỉ tồn tại bình thường khi nó được cung cấp liên tục năng lượng từ bên ngoài và dù các sinh vật có khác nhau đến mức nào đi nữa, chúng cũng đều sử dụng một dạng năng lượng chung. Tuy nhiên nhờ có khả năng biến đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học, cây xanh đã thực hiện một quá trình ngược với gradient nhiệt động học, nghĩa là quá trình đó không những làm giảm năng lượng chung của hệ thống, mà ngược lại năng lượng được tăng lên. Chính quá trình quang hợp của cây xanh và vi khuẩn quang hợp đã thực hiện quá trình biến đổi này. Những công trình nghiên cứu về quang hợp trong những năm gần đây tập trung vào các lĩnh vực cơ chế quang hợp nhằm bắt chước chức năng quang hợp của cây xanh với sự giúp đỡ của các phương pháp lý sinh, hóa sinh hiện đại với các trang thiết bị hiện đại. Mặt khác, có rất nhiều công trình đang tập trung vào việc điều khiển chức năng quang hợp trên cá thể, quần thể, tạo ra những cá thể và quần thể lý tưởng về quang hợp nhằm thu được năng suất thực vật cao nhất về số lượng lẫn chất lượng. Cho đến nay đã hiểu biết khá đầy đủ về quá trình quang hợp do các nghiên cứu về quang hợp ngày càng nhiều, tập trung và sâu sắc. Trong tiểu luận này, em xin trình bày nội dung “ Pha tối trong quang hợp và quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ thứ cấp trong quang hợp”. Trong thời gian cho phép, nội dụng còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý chân thành từ thầy và các anh, chị, bạn cùng lớp để nội dung được chính xác, đầy đủ. Và em mong, đây sẽ là tiểu luận mà thầy, các anh chị, các bạn dùng nó làm cơ sở cho việc học tập, nghiên cứu về sau. Xin chân thành cảm ơn. Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 3 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 4 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp 1. KHÁI QUÁT VỀ QUANG HỢP 1.1. Khái niệm Quang hợp là quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ, đóng vai trò quan trọng đối với mọi sinh vật trên Trái Đất, chủ yếu ở tảo và thực vật bậc cao. Quang hợp là quá trình biến đổi năng lượng ánh sáng Mặt Trời thành năng lượng hóa học tích lũy trong các hợp chất hữu cơ xảy ra ở sắc tố lục. Quang hợp là quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ từ CO 2 và H 2 O, có sự giải phóng O 2 . Phương trình tổng quát: Ánh sáng 6 CO 2 + 12 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O. Diệp lục Phương trình phản ứng thực chất: ánh sáng 6 CO 2 + 11 H 2 O + 18 ATP + 12 NADPH 2 Diệp lục Fructose – 6P + 17 P i + 18 ADP + 18 NADP + . 1.2. Bản chất của quá trình quang hợp Mối quan hệ giữa pha sáng và pha tối trong quang hợp được minh họa bằng sơ đồ ở hình 1. Quá trình quang hợp gồm có hai pha: pha sáng và pha tối. - Pha sáng: là pha bao gồm quá trình hấp thụ ánh sáng và kích động các phân tử sắc tố (giai đoạn quang lý) cùng với sự biến đổi năng lượng photon thành năng lượng hóa học dưới dạng các hợp chất dự trữ năng lượng ATP và chất khử NADH 2 (giai đoạn quang hóa). - Pha tối: là pha bao gồm các phản ứng hóa học không có sự tham gia trực tiếp của ánh sáng nhưng lại sử dụng các sản phẩm của pha sáng là ATP và NADH 2 Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 5 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp để khử CO 2 để tạo thành các hợp chất hữu cơ là sản phẩm đầu tiên của quá trình quang hợp rồi từ đó tổng hợp các sản phẩm thứ cấp khác tham gia vào quá trình trao đổi chất. Ánh sáng ADP ATP ATP ADP H 2 O H 2 O O 2 CO 2 C 6 H 12 O 6 NADP NADPH 2 NADPH 2 NADP Hình 1. Mối quan hệ giữa pha sáng và pha tối 2. PHA TỐI TRONG QUANG HỢP (Đồng hóa cacbon) Quá trình đồng hóa cacbon trong quang hợp xảy ra theo ba con đường - Chu trình Calvin hay chu trình C 3 - Chu trình Hatch – Stack hay chu trình C 4 - Chu trình CAM (Crassulaceae Axit Metabolism) Ngoài ra quá trình đồng hóa cacbon có thể xảy ra theo con đường C 2 (hô hấp sáng). 2.1 Chu trình Calvin (Chu trình C3) Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 6 Pha sáng Pha tối Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp Chu trình cố định CO 2 này do nhà bác học Mỹ Calvin đưa ra từ 1952 và đứng vững cho đến nay. Đây là con đường phổ biến nhất cho tất cả các loại thực vật. Quá trình này xảy ra ở mô giậu của tế bào thịt lá. Chu trình này gồm 3 giai đoạn: - Giai đoạn cacboxyl hóa - Giai đoạn khử - Giai đoạn tái tạo chất nhận. Chu trình này được sơ đồ hóa ở hình 2 Ribulose-1,5- Start of cycle bisphosphate CO 2 + H 2 O ADP Carboxylation Regeneration 3-phosphoglycerate ATP ATP NADPH Reduction Glyceraldehyde-3- phosphate ADP P i NADP + Sucrose, starch Hình 2. Chu trình Calvin 2.1.1. Giai đoạn 1: Giai đoạn cacboxi hóa: ở giai đoạn này CO 2 bị khử để hình thành nên sản phẩm đầu tiên của quang hợp là axit photphoglixeric. Giai đoạn này gồm các phản ứng sau đây: Ri-1,5DP cacboxilase Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 7 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp • 6 Ri-1,5DP + 6 CO 2 + 6 H 2 O 12 A-3PG + 12H + (Ribulozo-1,5diphotphat) (axit 3 photphoglixeric) A-3PG kinase • 12 A-3PG + 12 ATP 12 A-1,3DPG + 12 ADP (axit 1,3 diphotphoglixeric) 2.1.2 Giai đoạn 2: Giai đoạn khử: giai đoạn này A-1,3DPG bị khử để tạo thành ALPG với sự tham gia của NADH 2 . Giai đoạn này bao gồm có các phản ứng sau: NADH: ALPG dehydrogenase • 12 A-1,3DPG +12 NADH +12 H + 12 ALPG + 12 NADP + + 12 P i (aldehyt photphoglixeric) 2.1.3 Giai đoạn 3: Giai đoạn phục hồi chất nhận ribulozodiphotphat Giai đoạn này bao gồm có các phản ứng sau: Triose photphat izomerase • 5 ALPG 5 DHAP Aldolase • 3 ALPG + 3 DHAP 3 Fr-1,6DP (fructose-1,6diphotphat) Fr-1,6DPase • 3 Fr-1,6DP + 3 H 2 O 3 Fr-6P + 3 P i Transketolase • 2 ALPG + 2 Fr-6P 2 E-4P + 2 Xi-5P (erytozo-4photphat) (Xilulozo-5photphat) Aldolase Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 8 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp • 2 E-4P + 2 DHAP 2 Se-1,7DP (sedoheptulozo-1,7diphotphat) Se-1,7DPase • 2 Se-1,7DP + 2 H 2 O 2 Se-7P + 2 P i Transketolase • 2 Se-7P + 2 ALPG 2 Xi-5P + 2 R-5P Ri-5P epimerase • 4 Xi-5P 4 Ri-5P R-5P izomerase • 2 R-5P 2 Ri-5P Ri-5P kinase • 6 Ri-5P + 6 ATP 6 Ri-1,6DP + 6 ADP + + 6 H + Đến đây Ri-1,6Dp lại được cacboxi hóa và chu trình được lặp lại, khép kín. Phương trình tổng quát: 6 CO 2 + 11 H 2 O + 12 NADPH + 18 ATP Fr-6P + 12 NADP + + 6 H + + 18 ADP + 17 P i Như vậy để tạo nên một phân tử glucose trong pha tối thì pha sáng cần cung cấp 18 ATP và 12 NADPH. Đây là một lượng năng lượng lớn mà pha sáng cần phải đảm bảo đủ. Nếu một lý do nào đó mà thiếu năng lượng thì quá trình khử CO 2 sẽ bị ức chế. Ý nghĩa của chu trình C 3 : Chu trình C 3 là chu trình quang hợp cơ bản nhất của giới thực vật và nó xảy ra ở tất cả các loài thực vật dù thượng đẳng hay hạ đẳng. Đây là chu trình khử CO 2 duy nhất để tạo các sản phẩm quang hợp trong thế giới thực vật. Có thể minh họa các phản ứng của 3 giai đoạn trên của chu trình Calvin bằng các sơ đồ ở hình 3. (Khung màu xanh: giai đoạn 1; khung màu xám: giai đoạn 2; khung màu hồng: giai đoạn 3). Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 9 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 10 [...]... khoảng 20% lượng chất hữu cơ trong quang hợp, còn hô hấp sáng phân giải một lượng chất hữu cơ lớn hơn nhiều Với các cây C 3 thì quang hô hấp có thể làm giảm từ 30 – 50% năng suất cây trồng 3 SỰ TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 20 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp HỮU CƠ THỨ CẤP TRONG QUANG HỢP Tổng hợp gluxit Quang hợp tạo ra các hợp chất đường hecxozo,... chlorophyll peroxisome các amino catalase acid khác phytocrome Hình 8 Sự tổng hợp các hợp chất hữu cơ khác trong quang hợp Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 22 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp Hình 7 Quá trình tổng hợp tinh bột ở lục lạp và đường ở dịch bào Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 23 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp KẾT LUẬN Tóm lại,.. .Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp Hình 3 Bảng minh họa các phản ứng theo 3 giai đoạn của chu trình Calvin Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 11 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp Tổng quát quá trình đồng hóa CO2 theo chu trình Calvin như sau: 12NADPH 6C5 + 6 CO2... tạo ra trong quang hợp có thể bị amin hóa để tạo thành các axit amin tương ứng Các axit amin được tạo thành tham gia vào quá trình tổng hợp protein Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 21 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp Xetoaxit + NH3 → axit amin → protein ATP • AOA + NH3 Aspartat • α – xetoglutarat + NH3 a.glutamic Qua các quá trình chuyển hóa năng lượng và vật chất, có... cấp Sau đây là mô hình so sánh về không gian và thời gian của quá trình cố định CO2 ở thực vật C4 và CAM Thực vật C4 Sự tổng hợp [CH2O] Cacboxi hóa sơ cấp Học viên: Vương Thị Bích Dự Thực vật CAM Lục lạp tế bào bao quanh bó mạch Ban ngày Lục lạp tế bào mô giậu Ban đêm Trang 17 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp 2.4 Quang hợp C2 (quang hô hấp/hô hấp sáng – photorespiration,... những hợp chất có hai nhóm cacboxyl Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 12 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp Chu trình C4 xảy ra trong lục lạp ở cả hai loại: tế bào thịt lá (mesophyll cell) đồng hóa cacbon sơ cấp và tế bào bao quanh bó mạch (bundle sheat cell) đồng hóa cacbon thứ cấp Chu trình này không có quá trình cacboxi hóa RiDP, nhưng có nối tiếp với chu trình Calvin và. .. còn thiếu những biện pháp cải tạo đúng mức và sử dụng hợp lí chức năng quang hợp của cây xanh trên cơ sở của một trình độ hiểu biết cao hơn về bản chất của quá trình quang hợp Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 24 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Võ Minh Thứ, 2005 Tế bào học (tài liệu bồi dưỡng thường xuyên chu kỳ III) Đại học Quy Nhơn 2 Vũ Văn Vụ, Vũ... thải CO 2 ngoài sáng (quang hô hấp) là lục lạp, ty thể và peroxixom Ba cơ quan này trong lá luôn nằm cạnh nhau khi thực hiện quang hô hấp 2.4.3 Bản chất hoá học của quang hô hấp (Hình 7) Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 18 Serin Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp Hình 7 Sơ đồ tổng quát của quá trình quang hô hấp RDP oxygenase Chlorophyll R-1,5DPG H2O A-3PG Glycolat – P... Serin CO2 Điều mấu chốt của quá trình quang hô hấp là tính chất hoạt động hai chiều của enzym RDP cacboxilase Trong điều kiện bình thường, enzym xúc tác cho phản Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 19 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp ứng cacboxyl hóa RDP (C5) để hình thành nên 2 phân tử APG và chu trình C 3 của quang hợp diễn ra bình thường trong cây RDP cacboxilase RDP + CO2... của việc nghiên cứu bản chất và cơ chế của quá trình quang hợp là tái lập và sử dụng các nguyên tắc và phản ứng của nó trong các hệ thống nông nghiệp và hướng quan trọng khác là xây dựng những con đường và phương thức nhằm tăng năng suất quang hợp ở cây trồng Mặc dù vậy, hiệu quả quang trọng nhất của việc nghiên cứu quang hợp vẫn là khả năng điều khiển hoạt động quang hợp của cơ thể thực vật với mục . Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp Đề tài " Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp " Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 1 Pha. 9 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 10 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp Hình 3. Bảng minh họa các. quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp Học viên: Vương Thị Bích Dự Trang 4 Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp 1. KHÁI QUÁT VỀ QUANG HỢP 1.1. Khái niệm Quang