lạp thể và hoạt động tổng hợp cacbohydrat

 Khác nhau:Cấu tạo Chỉ có ở tế bào thực vật Có cả ở tế bào động vật và tế bào thực vật Lớp màng kép bao bọc đều khắp bề mặt của lục lạp Màng trong ăn sâu vào chất nền tạo nhiều nếp gấp

Chủ đề 2 Lạp thể và

hoạt động tổng hợp cacbohydrat

Néi dung thuyÕt tr×nh

I – S¬ l îc vÒ l¹p thÓ

II - §Æc ®iÓm cña l¹p thÓ

1) V« s¾c l¹p 2) Lôc l¹p

a) CÊu tróc cña lôc l¹p b) AND cña lôc l¹p c) Thµnh phÇn hãa häc cña lôc l¹p d) Chøc n¨ng cña lôc l¹p

e) Sù ph¸t sinh cña lôc l¹p f) So s¸nh lôc l¹p vµ ty thÓ

Đặc điểm của lạp thể

 Lạp thể có kích th ớc nhỏ 5-1000 mm và mang AND

 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

 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 là nơi hình thành tinh bột

+) 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 d ới dạng AND lạp thể

Mét sè h×nh ¶nh cña lôc l¹p

Cấu trúc của lục lạp

Lục lạp đ ợc 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 t ơng 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 nh đồng xu, xếp chồng lên nhau tạo cấu trúc tilacoit

đặc tr ng

Màng trong Khoảng gian màng

AND cña lôc l¹p

AND cña lôc l¹p cã cÊu t¹o gièng AND cña vi khuÈn vµ t¶o lam, cã cÊu tróc vßng, kh«ng chøa histon,

cã chiÒu dµi tèi ®a 150µm víi hµm l îng 10-16g

 AND cña lôc l¹p chøa th«ng tin m· hãa cho mét sè protein mµ lôc l¹p tù tæng hîp trªn riboxom cña m×nh

 AND lôc l¹p lµ nh©n tè di truyÒn ngoµi 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, đ ờng 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

Chức năng của lục lạp

 Lục lạp có chức năng quang hợp ánh sáng mặt trời d ới các dạng quang tử đ ợc hấp thụ bởi clorophyl, các điện tử đ ợc giải phóng và đ ợc truyền đi qua dãy truyền điện tử và ATP đ ợc tổng hợp nhờ phức hợp ATP – sinteaza

6CO2 + 12H2O   ->  C6H12O6  + 6O2   + 6H2O

 Lục lạp sử dụng năng l ợng ATP và hệ enzim trong cơ chất để tổng hợp cacbohydrat.Clorophyl

Sự phát sinh của lục lạp

 Ng ời ta chứng minh đ ợc rằng lục lạp đ ợc 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 ng ời ta đã chứng minh rằng lục lạp đ ợc hình thành chỉ bằng cách phân chia từ lục lạp có tr ớc

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 l ợng thay đổi tùy theo loại tế bào

 Khác nhau:

Cấu tạo

Chỉ có ở tế bào thực vật Có cả ở tế bào động vật và tế bào thực vật

Lớp màng kép bao bọc đều khắp bề mặt của lục lạp Màng trong ăn sâu vào chất nền tạo nhiều nếp gấp gọi là mào

Có nhiều hình dạng khác nhau (bầu dục, bản…) Có hình dạng bầu dục

Có chứa sắc tố quang hợp (diệp lục và sắc tố vàng) Không chứa sắc tố

Chứa enzim xúc tác quá trình truyền điện tử trong quang hợp Chứa enzim xúc tác trong quá trình oxi hóa trong hô hấp tế bào

Vai trò của cacbohydrat

 Cung cấp năng l ợng cho cơ thể,cacbohydrat đảm bảo khoảng 60% năng l ợng cho các quá trình sống

 Có vai trò cấu trúc, tạo hình

 Có vai trò bảo vệ

Góp phần đảm bảo t ơng tác đặc hiệu của tế bào

quang hợp Là gì?

 Quang hợp là quá trình cây sử dụng năng l ợng ánh sáng để tổng hợp các chất hữu cơ từ CO2 và H2O xảy ra trong

cơ thể thực vật Ph ơng trình tổng quát:

CO2 + 2H2O (CH2O) + H2O + O2

 Một trong những sản phẩm của quang hợp là đ ờng glucozo:

6CO2 + 12H2O 6H2O + 6O2 + C6H12O6

 Quang hợp là quá trình gồm: Pha sáng GĐ quang lý

GĐ quang hóaPha tối: xảy ra chu trình Canvin

Cây xanh

ánh sáng, diệp lục

Vai trò của quang hợp

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

 Biến đổi năng l ợng vật lý Q (năng l ợng photon) thành năng l ợng 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.

Bộ máy quang hợp

1)Lá - cơ quan quang hợp

Hình thái, cấu trúc của lá có liên quan đến chức năng quang hợp

 Lá dạng bản và có đặc tính h ớng quang ngang

 Lá có 1 hoặc 2 lớp mô giậu ở mặt trên và mặt d ới 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 d ới 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

 Nhóm sắc tố chính – chlorophyl: hấp thụ ánh sáng chủ yếu ở vùng đỏ và vùng xanh tím, chuyển năng l ợng thu đ ợc 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

 Nhóm sắc tố của thực vật bậc thấp – phycobilin: hấp thụ ánh sáng ở vùng sóng ngắn, sóng có thể tới

đ ợc nơi sinh sống của rong, rêu, tảo

- Phycoerythryn: C34H47N4O8

- Phycoxyanin: C34H42N4O9

Sơ đồ của quá trình quang hợp

Pha s¸ng

 Lµ giai ®o¹n phô thuéc trùc tiÕp vµo ¸nh s¸ng

 DiÔn ra trong mµng tilacoit cña lôc l¹p

 Nguyªn liÖu: H2O, n¨ng l îng ¸nh s¸ng

 S¶n phÈm: O2, ATP NADPH

 Trong pha s¸ng, sau khi ® îc c¸c s¾c tè quang hîp hÊp thô n¨ng l îng sÏ ® îc chuyÓn vµo mét lo¹t ph¶n øng oxh – khö cña chuçi truyÒn electron quang hîp  ATP vµ NADPH ® îc tæng hîp

 O2 ® îc t¹o ra trong pha s¸ng cã nguån gèc tõ n íc.

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 l ợng

ánh sáng

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

+) Sự hấp thụ năng l ợng của sắc tố

+) Sự truyền năng l ợng do các sắc tố hấp thụ đ ợc đến 2 tâm quang hợp là P700 và P680

Sự hấp thụ năng l ợng của sắc tố

 Khi phân tử chlorophyl hấp thụ tia sáng có năng l ợng lớn nh tia xanh, điện tử của chlorophyl sẽ đ ợc nâng lên quỹ đạo cao hơn, đó là trạng thái singlet 2 Trạng thái này chỉ tồn tại 10-12s rồi sau đó thải năng l ợng 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 l ợng của foton đỏ trở nên giàu năng l ợng 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 l ợng để quay về quỹ đạo cơ sở Năng l ợng 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 l ợng

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 l ợng rồi truyền đến trung tâm phản ứng để thực hiện quá trình này.

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

+) Truyền đồng thể: là quá trình truyền năng l ợng từ phân tử sắc tố giàu năng l ợng sang phân tử sắc tố nghèo năng l ợng của cùng 1 loại phân tử sắc tố +) Truyền dị thể: là quá trình truyền năng l ợng từ phân tử sắc tố giàu năng l ợng sang phân tử sắc tố nghèo năng l ợng của 2 loại sắc tố khác nhau.

Giai đoạn quang hóa

Là giai đoạn diệp lục sử dụng năng l ợng photon hấp thụ đ ợc vào các phản ứng quang hóa để tạo nên các hợp chất dự trữ năng l ợng và chất khử

1) Phản ứng sáng 1 và con đ ờng 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 l ợng từ các sắc tố chuyển tới Phản ứng này

có thể xảy ra độc lập và hình thành con đ ờng vận chuyển điện tử vòng

- Tr ớc hết, P700 hấp thụ ánh sáng có b ớc sóng ngắn hơn 730nm và trở thành dạng kích động điện

tử, nó nh ờng 1 điện tử giàu năng l ợng cho chất nhận điện tử giàu năng l ợng đầu tiên ch a 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 đ ờng vận chuyển điện tử không vòng

- Thực hiện phản ứng ánh sáng II là hệ sắc tố II

- Sắc tố giữ vai trò trung tâm phản ứng là diệp lục a680 hay còn gọi là P680

- Phản ứng ánh sáng II th ờng xảy ra cùng với phản ứng ánh sáng I và nối liền với phản ứng ánh sáng I nhờ các chất vận chuyển điện tử trung gian

- Điện tử tách ra từ P700 ở phản ứng ánh sáng I không quay về P700 mà nó đ ợc vận chuyển tới ferredoxin – NADP – reductaza Điện tử mất đi từ P700 ở phản ứng ánh sáng I đ ợc bù lại từ phản ứng ánh sáng II

 Nh vậy sự kết hợp hoạt động của hai phản ứng ánh sáng I và II tạo thành con đ ờng vận chuyển điện

tử không vòng trong quang hợp Con đ ờng này liên tục từ H2O đến NADP

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

- Ph ơng 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 tèi

 X¶y ra ë chÊt nÒn stroma cña lôc l¹p

 Nguyªn liÖu: CO2, ATP, NADPH

 Chu trình C3 sử dụng ATP và NADPH đến từ pha sáng để biến đổi CO2 của khí quyển thành cacbohydrat.

 Chất kết hợp với CO2 đầu tiên là 1 phân tử có 5 cacbon có tên là Ribulozodiphotphat (RiDP) Sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình là 1 hợp chất có 3 cacbon Hợp chất này đ ợc biến đổi thành Andehitphotpholyxeric (AlPG) Một phần AlPG sẽ đ ợc tái tạo thành RiDP, phần còn lại biến đổi thành tinh bột và saccarozo

 Thông qua các con đ ờng chuyển hóa vật chất khác nhau, từ cacbohydrat tạo ra trong quang hợp sẽ hình thành nhiều loại hợp chất hữu cơ khác

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 đ a 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 tr ớc các điều kiện bất lợi của môi tr ờng

- 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 a bóng và cây a sáng

Trả lời: - Cây a 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 b ớc 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 h ởng đến quang hợp

Trả lời: - ATP- sintheaza

- RiDP – cacboxilaza

- PEP cacboxilaza (ở TV C4)

Câu 7: Một số động vật có chứa β - carotenoit

Trả lời: Trứng, cá, tôm hùm, cua nh ng chủ yếu vẫn là có trong các loại TV nh 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 đ ợc nhiều năng l ợng hơn để tạo ra nhiều năng l ợng dữ trữ hơn trong tế bào

Câu 9: Tại sao các cây ở vùng lạnh th ờng 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 b

ớc sóng dài để s ởi ấm cho cây Chính sắc tố này tạo nên màu sặc sỡ cho TV

Câu 10: Khi đ a cây vào bóng tối thì cây sẽ nh thế nào?

Trả lời: Đ a cây vào trong bóng tối thì cây không quang hợp đ ợc trong khi đó hô hấp vẫn diễn ra

bình th ờng Các chất hữu cơ bị phân giải dần dần => thiếu dinh d ỡng => lá vàng => chết

Câu 11: Sự khác nhau giữa cấu trúc lục lạp trong mô giậu và lục lạp ở bao bó mạch?

Trả lời: - Lục lạp của tế bào mô giậu: số l ợng nhiều, đông đảo, xếp song song và sít nhau, giữa

chúng chỉ có 1 khoảng trống rất nhỏ để chứa khí, cấu trúc hạt grana phát triển

- Lục lạp của tế bào bao bó mạch: số l ợng ít hơn, xếp không đều nhau, giữa chúng có khoảng trống lớn để khuếch tán khí, có các hạt tinh bột lớn

Câu 12: Vì sao nói hô hấp sáng gắn liền với thực vật C3?

Trả lời: - Thực vật C3 hô hấp trong điều kiện nồng độ O2 cao, nồng độ CO2 thấp

- Hơn nữa thực vật C3 không có enzim photpho enol piruvat cacboxinlaza (PEP) – một loại enzim có khả năng cố định CO2 ở nồng độ thấp

Câu 13: Vì sao nói quang hợp là quá trình oxi hóa – khử

Trả lời: Vì quang hợp là một quá trình hóa học gồm 2 pha rõ rệt Pha sáng là pha oxi hóa H2O nhờ

năng l ợng ánh sáng Pha tối là pha khử CO2 nhờ ATP và NADPH hình thành từ pha sáng

Câu 14: a) PS I hay PS II chứa sắc tố hấp thụ ánh sáng Đó là nhóm sắc tố nào?

b) Quang phân ly H2O xảy ra ở đâu, sản phẩm của chúng là gì? Sản phẩm nào đ ợc sử dụng cho phản ứng sáng

c) Một số vi khuẩn không có quá trình quang phân ly H2O mà phân hủy các hợp chất khác Đó là hợp chất nào?

Trả lời: a) Cả hai hệ thống quang hóa đều chứa sắc tố Đó là các nhóm sắc tố: clorophyl và

carotenoit

b) Phản ứng quang phân ly H2O xảy ra ở PS II Sản phẩm của quá trình này là NADPH và O2 NADPH đ ợc sử dụng trong pha tối