Đề tài " Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp các chất hữu cơ thứ cấp " pps

Chính quá trình quang hợp của cây xanh và vikhuẩn quang hợp đã thực hiện quá trình biến đổi này.Những công trình nghiên cứu về quang hợp trong những năm gần đây tậptrung vào các lĩnh vực

Đề tài " Pha tối trong quang hợp và sự tổng hợp

các chất hữu cơ thứ cấp "

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

1.1 Khái niệm 4

1.2 Bản chất của quá trình quang hợp 5

2.1 Chu trình Calvin (Chu trình C3) 6

2.2 Chu trình Hatch – Stack (Chu trình C4) 11

2.3 Chu trình CAM (Crassulaceae Axit Metabolism – Trao đổi axit ở họ thuốc bỏng) 14

2.4.1 Khái niệm 17

2.4.2 Điều kiện xảy ra hô hấp sáng 17

2.4.3 Bản chất hoá học của quang hô hấp (Hình 7) 17

Tổng hợp gluxit 20

Tổng hợp lipit 20

Tổng hợp protein 20

KẾT LUẬN 23

LỜI NÓI ĐẦU

Ta biết rằng mọi cơ thể sống chỉ tồn tại bình thường khi nó được cung cấpliên tục năng lượng từ bên ngoài và dù các sinh vật có khác nhau đến mức nào đinữa, chúng cũng đều sử dụng một dạng năng lượng chung

Tuy nhiên nhờ có khả năng biến đổi năng lượng mặt trời thành năng lượnghóa 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, màngược lại năng lượng được tăng lên Chính quá trình quang hợp của cây xanh và vikhuẩn quang hợp đã thực hiện quá trình biến đổi này.

Những công trình nghiên cứu về quang hợp trong những năm gần đây tậptrung vào các lĩnh vực cơ chế quang hợp nhằm bắt chước chức năng quang hợp củacây xanh với sự giúp đỡ của các phương pháp lý sinh, hóa sinh hiện đại với cáctrang thiết bị hiện đại Mặt khác, có rất nhiều công trình đang tập trung vào việcđiều khiển chức năng quang hợp trên cá thể, quần thể, tạo ra những cá thể và quầnthể lý tưởng về quang hợp nhằm thu được năng suất thực vật cao nhất về số lượnglẫn chất lượng

Cho đến nay đã hiểu biết khá đầy đủ về quá trình quang hợp do các nghiêncứu 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 vàquá 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 nhậnđược sự góp ý chân thành từ thầy và các anh, chị, bạn cùng lớp để nội dung đượcchính xác, đầy đủ Và em mong, đây sẽ là tiểu luận mà thầy, các anh chị, các bạndùng nó làm cơ sở cho việc học tập, nghiên cứu về sau

Xin chân thành cảm ơn

1 KHÁI QUÁT VỀ QUANG HỢP

Quang hợp là quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ từ CO2 và H2O, có sự

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

(giai đoạn quang hóa)

- Pha tối: là pha bao gồm các phản ứng hóa học không có sự tham gia trực

quang hợp rồi từ đó tổng hợp các sản phẩm thứ cấp khác tham gia vào quá trìnhtrao đổi chất

Ánh sáng

ADP ATP ATP ADP

Hình 1 Mối quan hệ giữa pha sáng và pha tối

2 PHA TỐI TRONG QUANG HỢP

Quá trình đồng hóa cacbon trong quang hợp xảy ra theo ba con đường

sáng)

2.1 Chu trình Calvin (Chu trình C3)

đứng vững cho đến nay Đây là con đường phổ biến nhất cho tất cả các loại thựcvật 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

Pha tối

Ribulose-1,5- Start of cycle

2.1.2 Giai đoạn 2: Giai đoạn khử: giai đoạn này A-1,3DPG bị khử để tạo

Giai đoạn này bao gồm có các phản ứng sau:

NADH: ALPG dehydrogenase

12 ALPG + 12 NADP+ + 12 Pi (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

Ri-5P kinase

Đến đây Ri-1,6Dp lại được cacboxi hóa và chu trình được lặp lại, khép kín

Ý nghĩa của chu trình C 3 :

xảy ra ở tất cả các loài thực vật dù thượng đẳng hay hạ đẳng Đây là chu trình khử

Có thể minh họa các phản ứng của 3 giai đoạn trên của chu trình Calvinbằng các sơ đồ ở hình 3 (Khung màu xanh: giai đoạn 1; khung màu xám: giai đoạn2; khung màu hồng: giai đoạn 3)

Hình 3 Bảng minh họa các phản ứng theo 3 giai đoạn của chu trình Calvin

Tổng quát quá trình đồng hóa CO 2 theo chu trình Calvin như sau:

…ở những thực vật này, trong lục lạp enzyme ribulozodiphotphatcacboxilaza làloại hoạt động rất yếu hoặc không hoạt động Thay vào đó enzymephotphoenolpyruvat cacboxilaza lại hoạt động rất mạnh Vì vậy sản phẩm đầu tiêncủa quang hợp ở các thực vật này không phải là axit photphoglixeric (có 3 nguyên

còn được gọi là chu trình axit dicacboxilic, vì sản phẩm đầu tiên là những hợp chất

có hai nhóm cacboxyl

đồng hóa cacbon sơ cấp và tế bào bao quanh bó mạch (bundle sheat cell) đồng hóacacbon thứ cấp

Chu trình này không có quá trình cacboxi hóa RiDP, nhưng có nối tiếp vớichu trình Calvin và có quá trình tổng hợp monosaccarit như chu trình Calvin

hóa axit photphoenolpyruvic ) xảy ra ở tế bào thịt lá, chu trình 2 (tổng hợp

được minh họa ở hình 4, hình 5

Hình 4 Chu trình đồng hóa CO 2 ở thực vật C 4

2.2.1 Chu trình 1: Cacboxi hóa

AP-kinase

(axit pyruvic) (photphoenolpyruvic)

AOA cacboxilase

Đến đây axit pyruvic lại tiếp tục chu trình theo phản ứng 1 và 2 để khép kín chutrình 1

(axit glutamic) (axit aspartic)

NAD(P) malic enzyme

Hình 5 Chu trình tóm tắt C 4

2.3 Chu trình CAM (Crassulaceae Axit Metabolism – Trao đổi axit ở họ thuốc bỏng)

điều kiện môi trường nóng, ẩm thay đổi liên tục) còn tồn tại một dạng thực vậtkhác là dạng CAM, thích ứng rất tốt với khí hậu khô nóng kéo dài Những thực vậtnày có xu hướng sao cho cơ thể tiếp xúc với môi trường ở một bề mặt nhỏ nhất, vìnhư vậy sẽ giảm đến mức tối thiểu sự mất nước Tuy nhiên, đồng thời với sự giảm

diện tích tiếp xúc thì cũng giảm cả sự trao đổi khí giữa thực vật và môi trường.Đây là một mâu thuẫn của thực vật CAM Mâu thuẫn này đã được giải quyết bằng

ban ngày khí khổng đóng lại để tiết kiệm nước và thực hiện quá trình đồng hóa

sống nơi khô hạn (dứa, xương rồng, các cây vùng sa mạc,…)

Hình 6 Chu trình đồng hóa CO 2 ở thực vật CAM

Sau đây là mô hình so sánh về không gian và thời gian của quá trình cố định

2.4 Quang hợp C2 (quang hô hấp/hô hấp sáng – photorespiration, )

2.4.1 Khái niệm

hô hấp tối nhưng không giải phóng năng lượng Quá trình này chỉ xảy ra ngoàisáng, song song với quá trình quang hợp và chỉ ở một số thực vật nhất định mà thôi

2.4.2 Điều kiện xảy ra hô hấp sáng

còn trong tối thì quá trình này không diễn ra

- Tuy nhiên, quá trình hô hấp sáng thường xảy ra mạnh mẽ khi gặp nhiệt

độ cao, cường độ ánh sáng mạnh và nồng độ oxi cao

vật CAM thì quang hô hấp không xảy ra hoặc rất yếu Vì rằng:

lục lạp, ty thể và peroxixom Ba cơ quan này trong lá luôn nằm cạnh nhau khi

2.4.3 Bản chất hoá học của quang hô hấp (Hình 7)

Serin

Hình 7 Sơ đồ tổng quát của quá trình quang hô hấp

ứng cacboxyl hóa RDP (C5) để hình thành nên 2 phân tử APG và chu trình C3 củaquang hợp diễn ra bình thường trong cây

tạo nên các sản phaame quang hợp, còn glycolat thì bị oxi hóa tiếp tục để giải

RDP oxidaseRDP + O2 ALPG (C3) + glycolat (C2)

2.4.4 Chức năng của các bào quan tham gia quang hô hấp

+ Trong lục lạp, quá trình oxi hóa RDP tạo nên ALPG và glycolat

O2

+ Trong ty thể, 2 phân tử glyxin kết hợp với nhau để tạo nên serin và giải

2.4.5 Ý nghĩa của quang hô hấp

Hô hấp thường tiêu hao khoảng 20% lượng chất hữu cơ trong quang hợp,

quang hô hấp có thể làm giảm từ 30 – 50% năng suất cây trồng

3 SỰ TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT

HỮU CƠ THỨ CẤP TRONG QUANG HỢP

tạo thành maloni CoA Mn+2

ATP

(axetyl coenzym A) (malonyl coenzym A)

Sau đó, maloni CoA kết hợp với các phân tử axetyl CoA khác để tạo thànhcác axit béo có số cacbon khác nhau

Tổng hợp protein

Ở lục lạp có AND, ARN và riboxom nên có khả năng tổng hợp protein Từcác xetoaxit như piruvic, oxaloaxetic, axit photphoenolpiruvic được tạo ra trongquang hợp có thể bị amin hóa để tạo thành các axit amin tương ứng Các axit aminđược tạo thành tham gia vào quá trình tổng hợp protein

Xetoaxit + NH3 → axit amin → protein.

ATP

 α – xetoglutarat + NH3 a.glutamic

Qua các quá trình chuyển hóa năng lượng và vật chất, có thể nói rằng lục lạp

là bào quan đóng vai trò quan trọng bậc nhất trong tế bào của cơ thể thực vật

3.1 Tổng hợp các hợp chất hữu cơ khác

Alkaloit Fr-6P đường ribose Prescursor Cellulose, hemicellulose protein lipoprotein G-6P G-1P tinh bột glucoprotein Đường sucrose nucleoprotein ALPG enzyme coenzym glucose

phytocrom cytocrome chlorophyll

cytokinin peroxisome các amino phytocrome catalase acid khác vitamin phytocrome

Hình 8 Sự tổng hợp các hợp chất hữu cơ khác trong quang hợp

glycolysis

Hình 7 Quá trình tổng hợp tinh bột ở lục lạp và đường ở dịch bào.

KẾT LUẬN

gồm các hướng khác nhau với những sản phẩm cuối cùng khác nhau Trong quá trình quang hợp, đã tạo ra nhiều sản phẩm trung gian và các sản phẩm này có quan

hệ mật thiết với các quá trình trao đổi chất khác nhau xảy ra ở cây xanh

Quang hợp là một quá trình cơ bản trong hoạt động sống của cơ thể thực vật

và có quan hệ mật thiết với các quá trình trao đổi chất khác của cơ thể và chịu ảnh hưởng liên tục của điều kiện môi trường

Mục đích của việc nghiên cứu bản chất và cơ chế của quá trình quang hợp làtái 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 đích nângcao năng suất thu hoạch Và do đó chúng ta cũng có thể nhờ quang hợp nhân tạo để

có thể chế ra những chất đơn giản của thực phẩm cũng như các nguyên liệu khác, như đường, axit amin, protein, các thành phần của mỡ, các chất có hoạt tính sinh lí,các loại chất trùng hợp,…

Quang hợp nhân tạo sẽ dựa theo cơ chế của quang hợp tự nhiên, nhờ các

năng lượng không bao giờ cạn là bức xạ mặt trời

Với quy mô khai thác thực bì tự nhiên và thực vật trồng trọt hiện nay, con người vẫn chưa thỏa mãn được tất cả nhu cầu của mình Như vậy có nghĩa là

nguồn lương thực và thực phẩm vẫn là một trong những vấn đề gay go nhất của loài người hiện nay Nguyên nhân của vấn đề này có nhiều, có thể là nguyên nhân

xã hội, nguyên nhân lỹ thuật, nhưng cái chính là con người vẫn 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

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 Thanh Tâm, Hoàng Minh Tấn, 2007 Sinh lý học thực vật Nhà xuất bản giáo dục Hà Nội

3 Ting, I.P., 1982 Plant physiology University of California