Lạp thể và hoạt động tổng hợp cacbonhydrat

Lạp thể có kích thước nhỏ 5–1000 mm và mang ADN. Lạp thể có 3 loại: lục lạp, sắc lạp và vô sắc lạp Lạp thể có chứa chất diệp lục gọi là lục lạp làm cho cây có lá màu xanh, mỗi tế bào có chứa khoảng 500 lục lạp. Lục lạp có cấu trúc phức tạp và giữ vai trò quan trọng trong quang hợp Lạp thể có màu đỏ hoặc vàng gọi là sắc lạp tạo màu ở vỏ hoa và quả. Lạp thể không màu hay còn gọi là vô sắc lạp, nơi hình thành tinh bột

Chủ đề 2

Lạp thể và hoạt động tổng hợp cacbohydrat

Nội dung thuyết trình

A Lạp thể –

I - Sơ lược về lạp thể

II - Đặc điểm của lạp thể

1) Vô sắc lạp 2) Lục lạp

a) Cấu trúc của lục lạp b) AND của lục lạp c) Thành phần hóa học của lục lạp d) Chức năng của lục lạp

e) Sự phát sinh của lục lạp f) So sánh lục lạp và ty thể

Sơ lược về lạp thể

 Lạp thể ( hay thể hạt) là một bào quan được bao bọc bởi hai lớp màng xếp song song sát chặt vào nhau trong nguyên sinh chất của tế bào thực vật.

Vô sắc lạp

 Vô sắc lạp (bạch lạp,lạp không màu) là loại lạp thể không màu,có hình dạng không xác định, phân bố trong các bộ phận không màu của thực vật bậc cao, nhất là ở các mô phôi, ngọn rễ, ngọn thân, cánh hoa màu trắng, nội nhũ của hạt.

 Bạch lạp là loại lạp nhỏ nhất, thường tập trung quanh nhân tế bào hoặc nằm rải rác trong tế bào chất Có thể quan sát bạch lạp ở tế bào biểu bì lá cây lè ban, lá khoai lang, lá thài lài tía.

 Bạch lạp gồm:

+) Lạp bột: có vai trò tổng hợp các tinh bột thứ cấp từ các sản phẩm của quá trình quang hợp như mono và disaccarit thành tinh bột dự trữ dưới dạng các hạt tinh bột có kích thước lớn.

+) Lạp dầu: nơi tổng hợp dầu

+) Lạp đạm: nơi tập trung nhiều Protein

Lục lạp

 Chỉ có trong các tế bào có chức năng quang hợp ở thực vật

 Lục lạp chứa nhiều enzim chứng tỏ có nhiều phản ứng trao

đổi chất khác nhau xảy ra trong đó Những enzim đó là: invectaza, amilaza, proteaza, catalaza…

 Lục lạp không chỉ có bộ máy quang hợp hoàn chỉnh mà còn có hệ thống tổng hợp protêin riêng, màng của lục lạp giúp xảy ra sự trao đổi điều hòa giữa các chất với tế bào chất, và ngay cả những thông tin di truyền dưới dạng AND lạp thể

Mét sè h×nh ¶nh cña lôc l¹p

Cấu trúc của lục lạp

Lục lạp được bao bọc bởi hai màng lipoprotein: màng trong

và màng ngoài, hai màng đều trơn nhẵn

+) Màng ngoài dễ thấm, màng trong ít thấm Giữa hai màng có một khoang giữa màng

+) Màng trong bao bọc một vùng không có màu xanh lục gọi là stroma tương tự chất nền của ty thể Stroma chứa các enzim, riboxom, ARN và AND

 Lục lạp có chất nền stroma, trong chất nền có chứa AND, riboxom và các giọt lipit

 Lục lạp có cấu trúc đặc biệt là các hạt grana giống như

đồng xu, xếp chồng lên nhau tạo cấu trúc tilacoit đặc trưng

Màng trong Khoảng gian màng

Phiến (lamella) Phiến (lamella)

AND của lục lạp

AND của lục lạp có cấu tạo giống AND của vi khuẩn và tảo lam, có cấu trúc vòng, không chứa histon, có chiều dài tối đa 150àm với hàm lượng 10-16g

 AND của lục lạp chứa thông tin mã hóa cho một số protein mà lục lạp tự tổng hợp trên riboxom của mình

 AND lục lạp là nhân tố di truyền ngoài NST

Thành phần hóa học của lục lạp

Protein 35 - 55 80% không hòa tan

Lipit 20 30 – Mỡ 50%, colin 46%, sterin 20%, sáp 16%,

photphaphit 2-7%, etanolamin 8%

Gluxit Thay đổi Tinh bột, đường có photphat

Clorophyl 9 Clorophyl α 75%, clorophyl β 75%

Carotinoit 4,5 Xantophyl 75%, carotin 25%

ARN 2 4 –

ADN 0,2 0,5 –

6CO 2  + 12H 2 O   ->  C 6 H 12 O 6   + 6O 2    + 6H 2 O

 Lục lạp sử dụng năng lượng ATP và hệ enzim trong cơ chất

để tổng hợp cacbohydrat

Clorophyl

Sự phát sinh của lục lạp

 Người ta chứng minh được rằng lục lạp được hình thành là

do cộng sinh 1 loại vi khuẩn lam trong tế bào

Qua các thế hệ tế bào, tính liên tục của lạp thể là do lục lạp

có khả năng tự sinh sản bằng cách phân chia, và người ta đã chứng minh rằng lục lạp được hình thành chỉ bằng cách phân chia từ lục lạp có trước

Khả năng phân chia của lục lạp là do lục lạp có hệ thống di truyền tự lập riêng (AND riêng), và hệ thống tổng hợp protein

tự lập (có riboxom, ARN)

So sánh lục lạp và ty thể

 Giống nhau:

+) Đều là các loại bào quan chỉ có ở tế bào nhân thực

+) Có màng kép bao bọc và bên trong là chất nền

+) Đều có nhiều loại enzim

+) Trong chất nền đều có chứa phân tử AND dạng vòng

+) Số lượng thay đổi tùy theo loại tế bào

mÆt cña lôc l¹p Mµng trong ¨n s©u vµo chÊt nÒn t¹o nhiÒu nÕp gÊp gäi lµ mµo

Cã nhiÒu h×nh d¹ng kh¸c nhau (bÇu dôc, b¶n ) … Cã h×nh d¹ng bÇu dôc

Cã chøa s¾c tè quang hîp (diÖp lôc

vµ s¾c tè vµng) Kh«ng chøa s¾c tèChøa enzim xóc t¸c qu¸ tr×nh truyÒn

®iÖn tö trong quang hîp Chøa enzim xóc t¸c trong qu¸ tr×nh oxi hãa trong h« hÊp tÕ bµo

Cacbohydrat là gì?

 Cacbohydrat là nhóm chất hữu cơ phổ biến trong cơ thể sinh vật Nhìn chung hàm lượng cacbohydrat ở thực vật cao hơn ở động vật

 ở thực vật, cacbohydrat tập trung chủ yếu ở thành tế bào, mô nâng đỡ và mô dự trữ, thay đổi tùy theo loài, theo giai

đoạn sinh trưởng và phát triển ở người và động vật, cacbohydrat tập trung chủ yếu ở gan

 Thực vật xanh có khả năng sử dụng năng lượng ánh sáng

để tổng hợp cacbohydrat từ CO2 và H2O

Vai trò của cacbohydrat

 Cung cấp năng lượng cho cơ thể,cacbohydrat đảm bảo

khoảng 60% năng lượng cho các quá trình sống

 Có vai trò cấu trúc, tạo hình

 Có vai trò bảo vệ

Góp phần đảm bảo tương tác đặc hiệu của tế bào

Pha tèi: x¶y ra chu tr×nh Canvin

C©y xanh

¸nh s¸ng, diÖp lôc

Vai trò của quang hợp

 Là quá trình gần như duy nhất tạo ra chất hữu cơ từ các chất vô cơ

 Biến đổi năng lượng vật lý Q (năng lượng photon) thành năng lượng hóa học dự trữ trong các chất hữu cơ ( ATP)

 Hấp thụ CO2 và thải O2 giúp cân bằng tỷ lệ CO2 và O2 trong khí quyển

 Lá có 1 hoặc 2 lớp mô giậu ở mặt trên và mặt dưới lá

ngay sát lớp biểu bì chứa lục lạp

 Lá có lớp mô khuyết với khoảng gian bào lớn, nơi chứa

nguyên liệu quang hợp

 Lá có hệ thống mach dẫn dày đặc để vận chuyển sản

phẩm quang hợp đi các cơ quan khác

 Lá có hệ thống khí khổng ở cả mặt trên và mặt dưới để

trao đổi khí trong quá trình quang hợp

2) Lục lạp - bào quan thực hiện chức năng quang hợp

Cấu trúc của lục lạp thích ứng với việc thực hiện 2 pha của quang hợp: pha sáng thực hiện trên cấu trúc hạt grana, pha tối thực hiện trong chất nền.

3) Hệ sắc tố quang hợp

đỏ và vùng xanh tím, chuyển năng lượng thu được từ các photon ánh sáng cho quá trình quang phân ly H2O và cho các phản ứng quang hóa để hình thành ATP và NADPH.

- Chlorophyl a: C55H72O5N4Mg

- Chlorophyl b: C55 H70O6N4Mg

năng lượng thu được dưới dạng huỳnh quang cho chlorophyl

- Caroten: C40 H56

- Xanthophin: C40 H56O1-6

vùng sóng ngắn, sóng có thể tới được nơi sinh sống của rong, rêu, tảo

- Phycoerythryn: C34H47N4O8

- Phycoxyanin: C34H42N4O9

Sơ đồ của quá trình quang hợp

NADPH

Pha sáng

 Là giai đoạn phụ thuộc trực tiếp vào ánh sáng

 Diễn ra trong màng tilacoit của lục lạp

 Nguyên liệu: H2O, năng lượng ánh sáng

 Sản phẩm: O2, ATP NADPH

 Trong pha sáng, sau khi được các sắc tố quang hợp hấp thụ năng lượng

sẽ được chuyển vào một loạt phản ứng oxh – khử của chuỗi truyền electron quang hợp  ATP và NADPH được tổng hợp

 O2 được tạo ra trong pha sáng có nguồn gốc từ nước.

H 2 O       2H +    + 2e -  + ẵ O 2   

Phản ứng này gọi là quang phõn ly nước và là biến đổi húa học chủ yếu trong chuỗi phản ứng gọi là phản ứng sỏng của quang hợp Cỏc phản ứng này cung cấp NL để tổng hợp ATP từ ADP và photphat vụ cơ, cuối cựng chuyển cỏc ion H + và điện tử e - cho NADP hỡnh thành NADPH:

2H +   +  2e -   + NADP +        NADPH +  H +  

 Gồm có 2 giai đoạn: giai đoạn quang lý và giai đoạn quang hóa

Giai đoạn quang lý

 Là giai đoạn đầu tiên của pha sáng quang hợp

 Trong giai đoạn này xảy ra những biến đổi về tính chất vật lý của phân tử sắc tố khi hấp thụ năng lượng ánh sáng

 Giai đoạn này có 2 hoạt động chính xảy ra là:

+) Sự hấp thụ năng lượng của sắc tố

+) Sự truyền năng lượng do các sắc tố hấp thụ được đến 2 tâm quang hợp là P700 và P680

Sự hấp thụ năng lượng của sắc tố

 Khi phân tử chlorophyl hấp thụ tia sáng có năng lượng lớn như tia xanh, điện tử

của chlorophyl sẽ được nâng lên quỹ đạo cao hơn, đó là trạng thái singlet 2 Trạng thái này chỉ tồn tại 10 -12 s rồi sau đó thải năng lượng để quay về trạng thái trung gian – trạng thái singlet 1.

 Khi phân tử chlorophyl hấp thụ tia sáng đỏ, điện tử của chlorophyl sẽ nhận năng lượng của foton đỏ trở nên giàu năng lượng và chuyển sang quỹ đạo cao hơn quỹ

đạo cơ sở đó là trạng thái singlet 1 Trạng thái này tồn tại trong khoảng 10 -9 s sau

đó thải năng lượng để quay về quỹ đạo cơ sở Năng lượng ở trạng thái này có thể không mất đi hoàn toàn mà mất đi 1 ít để tồn tại ở trạng thái triplet.

 Triplet là trạng thái tồn tại bền hơn 2 trạng thái singlet, khoảng 10 -3 s Điện tử ở trạng thái này có khả năng tham gia vào các phản ứng quang hóa để thực hiện các giai đoạn tiếp theo của quang hợp.

Sự truyền năng lượng

Các sắc tố carotenroit, diệp lục hấp thụ ánh sáng Song chỉ có diệp lục a (C55H72O5N4Mg) ở trung tâm phản ứng mới có khả năng tham gia vào các phản ứng quang hóa Vì vậy các sắc tố khác (diệp lục b, caroten Xantophyl) sẽ hấp thụ năng lượng rồi truyền đến trung tâm phản ứng để thực hiện quá trình này.

 Bởi vậy cần có sự truyền năng lượng từ các sắc tố giàu năng lượng sang các sắc tố khác và cuối cùng truyền năng lượng cho hai tâm quang hợp để thực hiện các phản ứng quang hóa Có 2 con đường truyền năng lượng cho các sắc tố

+) Truyền đồng thể: là quá trình truyền năng lượng từ phân tử sắc tố giàu năng lượng sang phân tử sắc tố nghèo năng lượng của cùng 1 loại phân tử sắc tố.

+) Truyền dị thể: là quá trình truyền năng lượng từ phân tử sắc tố giàu năng lượng sang phân tử sắc tố nghèo năng lượng của 2 loại sắc tố khác nhau.

Giai đoạn quang hóa

Là giai đoạn diệp lục sử dụng năng lượng photon hấp thụ

được vào các phản ứng quang hóa để tạo nên các hợp chất dự trữ năng lượng và chất khử.

1) Phản ứng sáng 1 và con đường vận chuyển điện tử vòng

- Bao gồm một chuỗi liên tục các phản ứng oxi hóa khử ở

đây diệp lục a700 hay còn gọi là P700 giữ vai trò trung tâm phản ứng, nơi thu nhận và tích lũy năng lượng từ các sắc tố chuyển tới Phản ứng này có thể xảy ra độc lập và hình thành con đường vận chuyển điện tử vòng

- Trước hết, P700 hấp thụ ánh sáng có bước sóng ngắn hơn 730nm và trở thành dạng kích động điện tử, nó nhường 1 điện tử giàu năng lượng cho chất nhận điện tử giàu năng lượng đầu tiên chưa rõ bản chất rồi chuyển tiếp cho ferredoxin, cytocrom B6F và cuối cùng trở về P700.

* Con ®­êng vËn chuyÓn ®iÖn tö vßng (phosphorin hãa quang hîp vßng)

2) Phản ứng ánh sáng II và con đường vận chuyển điện tử không vòng

từ phản ứng ánh sáng II.

 Như vậy sự kết hợp hoạt động của hai phản ứng ánh sáng I

và II tạo thành con đường vận chuyển điện tử không vòng trong quang hợp Con đường này liên tục từ H2O đến NADP.

* Con đường vận chuyển điện tử không vòng ( Phosphorin hóa quang hợp không vòng)

- Phương trình tổng quát:

2H2O + 2NADP + 2ADP + 2H3PO4

- Hiệu quả của phosphorin hóa vòng cao hơn phosphorin hóa không vòng Sản phẩm tạo thành gồm có:

+) 1 phân tử ATP  9Kcal+) 1 phân tử NADPH2  52 Kcal

- Phosphorin hóa không vòng xảy ra khi cả hai phản ứng ánh sáng hoạt động đồng thời

Sơ đồ pha sáng

Pha tối

 Xảy ra ở chất nền stroma của lục lạp

 Nguyên liệu: CO2, ATP, NADPH

 Sản phẩm: Cacbahydrat (C6H12O6)

 Trong pha tối, CO2 sẽ bị khử nhờ ATP và NADPH được hình thành trong pha sáng để tạo các hợp chất hữu cơ (C6H12O6) Quá trình này được gọi là quá trình “cố định CO2 ” vì nhờ quá trình này

CO2 được cố định lại trong các phân tử cacbohydrat.

 Pha tối được thực hiện bằng 3 chu trình ở các nhóm thực vật

C3,C4,CAM

Con đường cố định CO 2 ở thực vật C 3 - Chu trình Canvin - Benson

-Nhóm thực vật C3 bao gồm phần lớn thực vật phân bố rộng rãi trên thế giới, chủ yếu

ở vùng ôn đới và á nhiệt đới như: lúa, khoai, sắn, các loại rau, đậu

- Chúng sống trong điều kiện khí hậu ôn hòa: cường độ ánh sáng, nhiệt độ, nồng độ

Con đường cố định CO 2 ở thực vật C 4 - Chu trình Hatch-Slack

-Nhóm thực vật C4 bao gồm một số thực vật ở vùng nhiệt đới như: ngô, mía, cỏ lồng vực, cỏ gấu

- Điều kiện sống nóng ẩm kéo dài: ánh sáng cao, nhiệt độ cao, nồng độ CO2 giảm, nồtng độ O2 tăng.

- Sản phẩm quang hợp đầu tiên là một chất hữu cơ có 4C trong phân tử (axit oxalo axetic-AOA)

AM (C4)

AM (C4)

AM (C4)

AM (C4)

CO2

CO2Axit piruvic

(C3)

Axit piruvic (C3)

AOA (C4)

AOA (C4)

PEP (C3)

PEP (C3)

CO2

CO2

ATP

Chu trình Canvin - Benson

Lục lạp của tế bào mô dậu Lục lạp của tế bào bó mạch

Con đường cố định CO2 ở thực vật CAM

- Thực vật CAM gồm các thực vật sống ở vùng sa mạc trong điều kiện khô hạn kéo dài như dừa, xương rồng, thuốc bỏng, các cây mọng nước ở sa mạc Vì lấy được nước rất

ít, nhóm thực vật này phải tiết kiệm nước đến mức tối đa bằng cách đóng khí khổng vào ban ngày và như vậy quá trình nhận CO2 phải tiến hành vào ban đêm khi khí khổng mở

(C4)

(C4) (C3)

Các câu hỏi có liên quan đến

bài thuyết trình

Câu 1: Vai trò của AND và ARN của lục lạp trong

quang hợp?

Trả lời: Vai trò của ADN là tham gia quá trình tổng

hợp protein cho riêng lục lạp, ngoài ra nó còn nhân đôi đưa vật chất di truyền về 2 lục lạp con trong quá trình nhân đội ARN thì tham gia quá trình tổng hợp protein

Câu 2: Các loại lục lạp trong thực vật C3 và

vai trò

Trả lời: Thực vật C3 chỉ có một loại lục lạp ở tế bào

mô giậu tham gia vào quá trình cố định CO2 tổng hợp chất hữu cơ

Câu 3: Cơ chế bảo vệ của bộ máy quang hợp

Trả lời: Bộ máy quang hợp gồm lá và lục lạp

- Lá: có mô liên kết giữa cuống lá và thân cây => để lá khỏi bị rụng trước các điều kiện bất lợi của môi trường.

- Lục lạp: Khi ánh sáng mạnh, lục lạp xếp song song với tia sáng để tránh bị đốt nóng => tránh làm protein bị biến tính Khi

ánh sáng yếu, lục lạp xếp vuông góc với tia sáng để tiếp nhận

đầy đủ ánh sáng tham gia quá trình quang hợp.

Câu 4: So sánh cây ưa bóng và cây ưa sáng

Trả lời: - Cây ưa bóng

+) Lớp cutin dày

+) Mô giậu kém phát triển, mô khuyết phát triển mạnh

+) Tỉ lệ diệp lục a/b thấp (có nhiều diệp lục b để hấp thụ các tia sáng có bước sóng ngắn)

Câu 5: Tại sao quang phosphorin hóa vòng lại cổ hơn

phosphorin hóa không vòng?

Trả lời: Vì chúng gặp ở cả thực vật bậc thấp và thực vật

bậc cao, còn phosphorin hóa không vòng chỉ gặp ở thực vật bậc cao

Câu 6: Các enzim ảnh hưởng đến quang hợp

Trả lời: - ATP- sintheaza

- RiDP – cacboxilaza

- PEP cacboxilaza (ở TV C4)

Trả lời: Trứng, cá, tôm hùm, cua nhưng chủ yếu vẫn là có

trong các loại TV như carot, bí đỏ, khoai lang…

Câu 8: Cấu trúc các đĩa chồng lên nhau trong grana có ý nghĩa

gì?

Trả lời: Nhằm tăng diên tích tiếp xúc giữa các hạt với ánh sáng

=> tăng hiệu quả quang hợp, hấp thụ được nhiều năng lượng hơn để tạo ra nhiều năng lượng dữ trữ hơn trong tế bào.

Câu 9: Tại sao các cây ở vùng lạnh thường có màu sắc sặc sỡ Trả lời: Vì ở vùng lạnh, thực vật có sắc tố antoxian là chủ yếu,

sắc tố này hấp thụ các tia sáng có bước sóng dài để sưởi ấm cho cây Chính sắc tố này tạo nên màu sặc sỡ cho TV

Câu 10: Khi đưa cây vào bóng tối thì cây sẽ như thế nào?

Trả lời: Đưa cây vào trong bóng tối thì cây không quang hợp

được trong khi đó hô hấp vẫn diễn ra bình thường Các chất hữu cơ bị phân giải dần dần => thiếu dinh dưỡng => lá vàng => chết