3.Phân loại: Có nhiều dạng năng lượng khác nhau như: điện năng, quang năng, cơ năng, hoá năng, nhiệt năng… *Dựa vào nguồn cung cấp năng lượng phân biệt: năng lượng mặt trời, năng lượng g[r]
(1)TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG I.KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG 1.Định nghĩa: Là đại lượng đặc trưng cho khả sinh công 3.Phân loại: Có nhiều dạng lượng khác như: điện năng, quang năng, năng, hoá năng, nhiệt năng… *Dựa vào nguồn cung cấp lượng phân biệt: lượng mặt trời, lượng gió, lượng nước… *Dựa vào trạng thái sẵn sàng sinh công hay không, chia thành: -Thế năng: là trạng thái tiềm ẩn lượng (nước hay vật nặng độ cao định, lượng các liên kết hoá học các hợp chất hữu cơ, chênh lệch các điện tích ngược dấu hai bên màng…) -Động năng: Khi gặp các điều kiện định lượng tiềm ẩn chuyển sang trại thái động có liên quan đến các hình thức chuyển động vật chất (các ion, phân tử, các vật thể lớn) và tạo công tương ứng Các dạng lượng có thể chuyển hoá tương hỗ và cuối cùng thành dạng nhiệt II.CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG 1.VD: Quang hợp: là chuyển hoá lượng ánh sáng thành lượng hoá học chứa các chất hữu Hô hấp nội bào: là sự chuyển hoá lượng hoá học các liên kết các chất hữu đã tế bào tổng hợp thành lượng các liên kết cao (ATP) dễ sử dụng 2.Định nghĩa: Là biến đổi lượng từ dạng này sang dạng khác cho các hoạt động sống Trong thể sinh vật có nhiều quá trình đòi hỏi lượng thường xuyên các phản ứng sinh tổng hợp các chất, tái sinh các tổ chức (phân bào, sinh sản), thực công học (chuyển động chất nguyên sinh, bào quan) hay công điện học phát sinh và chuyển các thông tin dạng dòng điện sinh học Dòng lượng sinh học là dòng lượng tế bào, dòng lượng từ tế bào này sang tế bào khác từ thể này sang thể khác Trong các hệ sống lượng dự trữ các liên kết hoá học III.ATP (Adenosine triphosphate) - ĐỒNG TIỀN NĂNG LƯỢNG CỦA TẾ BÀO 1.Vai trò: Là tiền tệ lượng tế bào, lượng tồn tiềm ẩn các liên kết hoá học Nhờ khả dễ dàng nhường lượng mà ATP trở thành chất hữu cung cấp lượng phổ biến tế bào → ATP dùng cho tất các quá trình cần lượng 2.Cấu trúc: Gồm: Phân tử đường ribose(5C) dùng làm khung để gắn adenine và ba nhóm phosphate Chỉ có hai liên kết phosphate ngoài cùng là liên kết cao năng, có đặc điểm là mang nhiều lượng Lop12.net (2) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH 3.Cơ chế truyền lượng: ATP truyền lượng cho các hợp chất khác thông qua chuyển nhóm phosphate cuối cùng để trở thành ADP (adenosine diphosphate) và gần ADP lại gắn thêm nhóm phosphate để trở thành ATP -Sự chuyển hoá lượng: Sự biến đổi lượng từ dạng này sang dạng khác cho các hoạt động sống VD: Quang → hoá → → nhiệt năng… CẤU TRÚC PHÂN TỬ ATP -Dòng lượng giới sống: Bắt đầu từ ánh sáng mặt trời truyền → cây xanh → qua chuỗi thức ăn vào động vật → nhiệt phát tán vào môi trường CƠ CHẾ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG CỦA ATP ENZYME I/ ENZYME 1.Khái niệm a.VD : Amilase, pepsine, tripsine, catalase H2O2 + 18Kcal → H2O + O2 H2O2 + bạch kim + 11.7Kcal → H2O + O2 H2O2 + catalase + 5.5Kcal → H2O + O2 b.Định nghĩa : Là chất xúc tác sinh học tổng hợp tế bào sống, làm tăng tốc độ phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng 2.Đặc tính: - Hoạt tính mạnh: Ở nhiệt độ thể, phút phân tử enzyme catalase có thể phân huỷ triệu phân tử chất peroxy hydro (H2O2) - Tính chuyên hoá cao: Urease phân huỷ ure nước tiểu, mà không tác dụng lên chất nào khác Lop12.net (3) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH -E liên kết với chất mang tính đặc thù - đặc hiệu: Mỗi enzyme thường liên kết với vài chất định -Xúc tác chiều phản ứng II.CẤU TRÚC: 1.Cấu trúc hoá học:(Bản chất hoá học) Thành phần là protein và protein liên kết với chất khác, số ít trường hợp có thể là ARN 2.Cấu trúc không gian: TTHĐ có đặc điểm: -Là chỗ lõm xuống hay khe hở nhỏ trên bề mặt enzyme -Là nơi liên kết tạm thời với chất -Cấu hình không gian tương ứng với cấu hình chất -Bao gồm nhóm hoá học và liên kết peptide tiếp xúc trực tiếp với chất không tiếp xúc trực Cơ chế ổ khoá, chìa khoá tiếp với chất có vai tro quá trình xúc tác enzyme Thường gặp là : +Nhóm sunfidril (-SH) systein +Nhóm amine (-NH2) lysine +Nhóm carboxyl (-COOH) acid aspartic, glutamic +Nhóm hydroxyl (-OH) systein, treonine và tyrosine Cơ chế cảm ứng E-S → Các nhóm chức TTHĐ có thể các vị trí xa chuỗi polypeptid chuỗi khác → định hướng xác định không gian, giữ vững nhờ mạng lưới liên kết hydro và cách khoảng xác định (thường bé 3Ao)→ Tạo thành cấu trúc không gian phức tạp II.PHÂN LOẠI: Có loại : a.Một enzyme xúc tác: Gồm: Enzyme thành phần : Khi thuỷ phân hoàn toàn chúng tạo thành loạt sản phẩm là các L--acid amine VD : hydrolase Enzyme hai thành phần (haloenzyme): Chiếm đa số tế bào, gồm: -Phần protein (apoenzyme): Quyết định tính đặc hiệu enzyme, làm tăng hoạt tính xúc tác coenzyme -Phần không phải protein (coenzyme): Quyết định kiểu phản ứng mà enzyme xúc tác, trực tiếp tham gia phản ứng và làm tăng độ bền apoenzyme các yếu tố gây biến tính Coenzyme thường là dẫn xuất các vitamine hoà tan nước b.Hệ thống nhiều enzyme xúc tác (multienzyme): Gồm các enzyme xúc tác cho dây chuyền phản ứng quá trình trao đổi chất xác định Ở dạng hoà tan, có thể liên kết không liên kết với khá bền tạo thành phức hệ nhiều enzyme Khi tách riêng khỏi phức hệ enzyme hoạt tính IV.CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG 1.Bản chất tác động: Làm giảm lượng hoạt hoá phản ứng sinh hoá cách tạo nhiều phản ứng trung gian 2.Sơ đồ: Lop12.net (4) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH Hệ thống: A+B C+D có chất xúc tác X tham gia phản ứng thì các phản ứng có thể tiến hành theo các giai đoạn sau: A+B+X → ABX →CDX→C+D+X 3.Nội dung: - Giai đoạn thứ nhất: enzyme kết hợp với chất liên kết yếu tạo thành phức hợp enzyme - chất (ES) không bền, phản ứng này xảy nhanh và đòi hỏi lượng hoạt hóa thấp; - Giai đoạn thứ hai: Biến đổi chất cách hình thành các liên kết các nhóm hoá học TTHĐ với các các nhóm hoá học chất, dẫn tới kéo căng và phá vỡ các liên kết hóa trị chất - Giai đoạn thứ ba: Tạo thành sản phẩm, còn enzyme giải phóng dạng tự do, nguyên vẹn 4.Ví dụ: Sucrose + Sucrase→ Sucrose-Sucrase→ Glucose + Fructose + Sucrase E + S → E-S → E C → P + E V.VAI TRÒ CỦA ENZYME TRONG QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI CHẤT: Điều chỉnh quá trình chuyển hoá vật chất: Cơ thể tự điều chỉnh thông qua điều khiển hoạt tính enzyme các cách: 1.Tăng tốc độ phản ứng sinh hoá tế bào: Bằng tăng các chất hoạt hoá tăng Cenzyme 2.Giảm tốc độ phản ứng sinh hoá tế bào: Bằng.các chất ức chế: a.Chất ức chế đặc hiệu: Liên kết với enzyme → biến đổi cấu hình E → không liên kết với S b.Chất ức chế là chất: Ức chế ngược Sản phẩm quay lại tác động chất ức chế làm bất hoạt E xúc tác cho phản ứng đầu đường chuyển hoá Khi enzyme nào đó tế bào không tổng hợp bị bất hoạt thì không sản phẩm không tạo mà chất enzyme đó bị tích luỹ lại gây độc cho tế bào có thể chuyển hoá theo đường phụ thành các chất độc gây nên các triệu chứng bệnh lí Các bệnh người gọi là bệnh rối loạn chuyển hoá VD: Bệnh phenyl keto niệu Do gene đột biến không tạo enzyme xúc tác cho phản ứng chuyển hoá acid amine phenylalanine thành tyrosine nên phenyalanine ứ đọng lại máu, chuyển lên não gây đầu độc tế bào thần kinh → thiểu trí tuệ, dẫn đến trí VI.CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 1.Nhiệt độ: -Nhiệt độ tối ưu : E hoạt tính tối đa, làm cho tốc độ phản ứng xảy nhanh -Nếu nhiệt độ cao quá: Mất hoạt tính -Nếu nhiệt độ quá thấp: Giảm hoạt tính, tạm thời ngừng hoạt động Ví dụ: Đa số các enzyme tế bào thể người hoạt động tối ưu nhiệt độ 35-40oC, enzyme vi khuẩn suối nước nóng lại hoạt động tốt 70oC cao Khi chưa đạt đến nhiệt độ tối ưu enzyme thì gia tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ phản ứng enzyme Tuy nhiên, đã Lop12.net (5) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH qua nhiệt độ tối ưu enzyme thì gia tăng nhiệt độ làm giảm tốc độ phản ứng và có thể enzyme bị hoàn toàn hoạt tính 2.Độ pH: Mỗi Enzyme có độ pH thích hợp, đa số enzyme có pH tối ưu từ đến Ví dụ: Pepsin (dạ dày) pH = Pespsin (tuyến tuỵ) pH = 8,5 3.Nồng độ enzyme và nồng độ S +Cenzyme: Với lượng S định Cenzyme càng tăng thì hoạt tính enzyme càng tăng +CS: Với lượng enzyme xác định, CS tăng dần dung dịch: lúc đầu hoạt tính Enzyme tăng, sau đó không tăng vì tất các TTHĐ enzyme đã bão hoà chất 4.Chất ức chế, hoạt hoá Là chất làm tăng hay ức chế hoạt tính enzyme Một số chất hoá học có thể ức chế hoạt động enzyme nên tế bào cần ức chế enzyme nào đó có thể tạo các chất ức chế đặc hiệu cho enzyme Một số chất độc hại từ môi trường thuốc trừ sâu DDT là chất ức chế số enzyme quan trọng hệ thần kinh người và động vật HÔ HẤP TẾ BÀO I.KHÁI NIỆM 1.Định nghĩa: Là quá trình chuyển hoá lượng diễn tế bào sống, đó các chất hữu bị phân giải thành nhiều sản phẩm trung gian cuối cùng đến CO2 và H2O, đồng thời giải phóng lượng cho hoạt động tế bào là ATP 2.Bản chất: Là chuỗi các phản ứng oxy hoá khử sinh học (chuỗi phản ứng enzyme) phân giải các phân tử chất hữu (chủ yếu là glucose) và lượng không giải phóng ạt mà lấy phần các giai đoạn khác 3.Phương trình tổng quát: Cn(H2O)m + nO2 → nCO2 + mH2O + lượng (ATP + nhiệt năng) II CÁC GIAI ĐOẠN CHÍNH CỦA HÔ HẤP TẾ BÀO (XÉT QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI PHÂN TỬ GLUCOSE) Quá trình hô hấp tế bào chia làm giai đoạn: đường phân, chu trình Krebs và chuỗi chuyền electron hô hấp 1.Đường phân Lop12.net (6) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH a.Vị trí: Ở tế bào chất b.Nguyên liệu: glucose c.Cơ chế: *Hoạt hoá phân tử glucose: Glucose + 2ATP → Fructose 1,6 diphosphate *Cắt mạch carbon: Fuctose 1,6 diphosphate → glyceraldehyt 1glucose → phân tử acid pyruvic(C3H4O3) + ATP + 2NADH d.Kết quả: pyruvic, 2ATP, 2NADH Chú ý: Thực tế tạo ATP đã dùng ATP để hoạt hoá phân tử glucose 2.Chu trình Krebs -Vị trí:Chất ti thể -Nguyên liệu: pyruvic -Diễn biến: +Hoạt hoá acid pyruvic: Thành acetyl-CoA pyruvic → acetyl-coenzyme A (C–C–CoA) + 2CO2 + NADH +Chu trình Krebs: Mỗi vòng chu trình Krebs, phân tử acetyl– coA bị oxy hoá hoàn toàn tạo 2CO2, phân tử ATP, phân tử FADH2 + 3NADH -Kết quả: 6CO2, 2ATP, 2FADH2, 8NADH Kết hai giai đoạn: Đường phân và chu trình Krebs thu được: -Sản phẩm mang lượng: 4ATP, 10NADH, 2FADH2 -Sản phẩm không mang lượng: 6CO2 Lop12.net (7) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH 3.Chuỗi chuyền electron hô hấp (hệ vận chuyển điện tử) *NADH và FADH2 nhường echo chuỗi chuyền điện tử màng ty thể: NADH → NAD+ + H+ + 2eFADH2 → FAD + 2H+ + 2e*e- chuyền chuỗi chuyền điện tử tạo nên chuỗi các phản ứng oxy hoá khử Đây là giai đoạn giải phóng nhiều ATP Trong đó: -1NADH nhường e- cho chuỗi chuyền e- tổng hợp 3ATP -1FADH2 nhường e- cho chuỗi chuyền e- tổng hợp 2ATP *Sau e- chuyền qua chuỗi chuyền điện tử khử O2 tạo nước O2 + 4e- + 4H+ → 2H2O NADH + H+ + ADP + Pi + 1/2 O2 → NAD+ + H2O + ATP FADH2 + ADP + Pi + 1/2 O2 → FAD + H2O + ATP Sơ đồ tổng quát Lop12.net (8) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH III.QUANG HÔ HẤP – Hô hấp sáng *Phạm vi: Xảy thực vật C3 *Thành phần tham gia: Lục lạp, peroxisome, ty thể *Điều kiện: Khi nồng độ CO2 lá giảm Điều này xảy vào ngày khô nóng *Nguyên nhân: Do Rubisco có khả cố định CO2 và O2 *Cơ chế: Để ngăn nước bị vượt mức cho phép thực vật bắt buộc phải đóng lỗ khí Nếu thực vật tiếp tục cố định CO2 lỗ khí nó bị đóng thì CO2 sử dụng hết và tỉ lệ O2 lá tăng liên quan với nồng độ CO2 Khi nồng độ CO2 lá sụt giảm tới khoảng 50 ppm, Rubisco bắt đầu kết hợp O2 với RuBP thay vì CO2 Kết là thay vì tạo thành phân tử 3C APG thì phân tử APG tạo thành với phân tử 2C phosphoglycolate độc cho cây Ngay tức khắc, nó loại bỏ nhóm phosphate, biến đổi thành acid glycolic Acid glycolic sau đó vận chuyển tới peroxisome và biến đổi thành glycine Glycine sau đó vận chuyển vào ti thể, nơi nó bị biến đổi thành serine Serine sau đó sử dụng để tổng hợp phân tử hữu khác Tất chuyển đổi này làm tiêu phí lượng cây và dẫn đến kết mạng lưới các phản ứng CO2 từ cây Để ngăn chặn quá trình này, đã tiến hoá thêm hai quá trình sinh hoá đặc biệt giới thực vật: C4 và CAM Lop12.net (9) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH *Hậu quả: Làm giảm suất quang hợp 30-50% *Ý nghĩa: Không bị đầu độc phosphoglycolate vào ngày nắng nóng IV.Hệ số hô hấp (RQ) 1.VD: C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O RQ=6/6=1 2C3H8O3 + 7O2 = 6CO2 + 8H2O RQ=6/7=0,86 2.Định nghĩa: Là tỉ số số phân tử CO2 thải và số phân tử O2 hút vào hô hấp 3.Ý nghĩa: RQ cho biết nguyên liệu hô hấp là nhóm chất gì và trên sở đó có thể đánh giá tình trạng hô hấp và tình trạng cây → Quyết định các biện pháp bảo quản nông sản và chăm sóc cây trồng RQ nhóm hydrate carbon RQ nhóm lipid, protein < RQ nhiều acid hữu > V.QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI CÁC CHẤT KHÁC Hô hấp tế bào có ba giai đoạn chính: đường phân, chu trình Krebs và chuỗi chuyền electron hô hấp Mỗi giai đoạn giải phóng ATP giai đoạn chuỗi chuyền electron hô hấp là giải phóng nhiều ATP (34ATP) Protein phân giải thành acid amin biến đổi thành acetyl–CoA vào chu trình Krebs Lipid phân giải, acid béo và glycerol biến đổi thành acetyl–CoA vào chu trình Krebs HOÁ TỔNG HỢP VÀ QUANG TỔNG HỢP I.HOÁ TỔNG HỢP 1.Khái niệm Là quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cách sử dụng lượng oxi hoá các phân tử vô Khi xuất đầu tiên, các loại vi sinh vật hoá tự dưỡng đã đồng hoá CO2 nhờ lượng các phản ứng oxy hoá để tổng hợp thành các chất hữu khác thể Đó là đường hoá tổng hợp 2.Phương trình tổng quát: A(Chất vô cơ) + O2 → AO2 + Năng lượng (Q) CO2 + RH2 + Q → Chất hữu (Trong đó: Q là lượng các phản ứng oxy hoá khử tạo ra; RH2 là chất cho hydro) Lop12.net (10) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH 3.Các nhóm vi khuẩn hoá tổng hợp a)Nhóm vi khuẩn lấy lượng từ các hợp chất chứa lưu huỳnh Có khả oxy hoá H2S tạo lượng sử dụng phần nhỏ để tổng hợp chất hữu cơ: 2H2S + O2 → 2H2O + 2S + Q 2S + 2H2O + 3O2 → 2H2SO4 + Q CO2 + 2H2S + Q → 1/6C6H12O6 + H2O + 2S *Vai trò: Hoạt động nhóm vi khuẩn này đã góp phần làm môi trường nước b)Nhóm vi khuẩn lấy lượng từ các hợp chất chứa nitrogen Đông nhất, gồm nhóm nhỏ: - Các vi khuẩn nitrit hoá (như Nitrosomonas): Oxy hoá NH3 thành acid nitro để lấy lượng 2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2O + Q 6% lượng giải phóng dùng để tổng hợp glucose từ CO2 CO2 + 4H + Q → 1/6C6H12O6 + H2O - Các vi khuẩn nitrat hoá (như Nitrobacter): oxy hoá HNO2 thành HNO3 2HNO2 + O2 → 2HNO3 + Q 7% lượng giải phóng dùng để tổng hợp glucose từ CO2 CO2 + 4H + Q → 1/6C6H12O6 + H2O *Vai trò: Trong tự nhiên, đảm bảo chu trình tuần hoàn vật chất c) Nhóm vi khuẩn lấy lượng từ các hợp chất chứa sắt Bằng cách oxy hoá sắt hoá trị thành sắt hoá trị 3: 4FeCO3 + O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3 + 4CO2 + Q Một phần lượng vi khuẩn sử dụng để tổng hợp chất hữu *Vai trò: Nhờ hoạt động nhóm vi khuẩn này mà 4Fe(OH)3 kết tủa tạo các mỏ sắt Ngoài ra, còn có nhóm vi khuẩn hydro có khả oxy hoá hydro phân tử (H2) và sử dụng phần lượng giải phóng để tổng hợp chất hữu II QUANG TỔNG HỢP (QUANG HỢP) Khái niệm Là quá trình tổng hợp các chất hữu từ các chất vô (CO2 và H2O) nhờ lượng ánh sáng các sắc tố quang hợp hấp thu và chuyển hoá và tích luỹ dạng lượng hoá học tiềm tàng các hợp chất hữu tế bào nCO2 + mH2O + Ánh sáng → Cn(H2O)m + nO2 Lop12.net (11) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH Sắc tố quang hợp: Có nhóm chính a.Thành phần: *Sắc tố chính: Chlorophyll (chất diệp lục) có vai trò hấp thu quang +Diệp lục a: C55H72O5N4Mg +Diệp lục b: C55H70O6N4Mg *Sắc tố phụ: Gồm loại: -Carotenoid: Gồm +Caroten: C40H56 +Xanthophyll: C40H56On (n:16) -Phycobilin: Ở tảo b.Vai trò: -Sắc tố chính: Hấp thu quang năng, có khả hấp thu ánh sáng có chọn lọc, có khả cảm quang và tham gia trực tiếp các phản ứng quang hoá → nhờ đó các phản ứng quang hợp diễn -Sắc tố phụ: Hấp thu khoảng 10% - 20% tổng lượng ánh sáng lá cây hấp thu và chuyển cho chlorophyll Khi cường độ ánh sáng quá cao, các sắc tố phụ có tác dụng bảo vệ chất diệp lục khỏi bị phân huỷ 3.Cơ chế quang hợp: Có tính chất hai pha Thí nghiệm chứng minh: Richter đã dùng ánh sáng nhấp nháy với tần số định thấy cây sử dụng lượng có hiệu Cùng với số thí nghiệm khác, người ta đã chứng minh quang hợp có hai pha: pha sáng và pha tối a)Pha sáng quang hợp (pha cần ánh sáng) Lop12.net (12) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH *Vị trí: Xảy cấu trúc hạt grana lục lạp, các túi dẹp (màng thylakoid) *Diễn biến: -Biến đổi quang lý: Diệp lục hấp thụ lượng ánh sáng (photon) trở thành dạng kích động điện tử và chuyền (nhường) e- cho chuỗi chuyền điện tử trên màng thilakoid Chl + h Chl* Chl** (Chl: Chlorophyll-diệp lục) -Biến đổi quang hoá: + e- diệp lục chuyền cho chuỗi chuyền điện tử → Tổng hợp ATP, đồng thời hình thành chất NADPH có tính khử mạnh + Diệp lục e- giành giật e- nước gây nên quá trình Quang phân li nước để lấy e- bù đắp e- đã 2H2O → 4H+ + O2 + 4e*PTPƯ: Ánh sáng 12H2O + 18ADP + 18Pi + 12NADP+ → 18ATP + 12NADPH + 6O2 Chlorophyll b)Pha tối quang hợp (pha enzyme) *Vị trí: Trong chất (stroma) lục lạp cây xanh và tảo tế bào vi khuẩn quang hợp *Cơ chế: Pha tối là pha khử CO2 nhờ ATP và NADPH hình thành pha sáng để tạo các hợp chất hữu (C6H12O6) Pha tối thực theo ba chu trình tướng ứng với ba nhóm thực vật: *Con đường cố định CO2 thực vật C3 – Chu trình Calvin - Benson *Phạm vi: Ở phần lớn thực vật, chủ yếu vùng ôn đới và á nhiệt đới, như: lúa, khoai, sắn, các loại rau, đậu… Chúng sống điều kiện khí hậu ôn hoà: cường độ ánh sáng, nhiệt độ, nồng độ CO2, O2 bình thường *Cơ chế: Gồm giai đoạn: -Giai đoạn 1: Giai đoạn carboxyl hoá Ở giai đoạn này CO2 bị khử để hình thành sản phẩm đầu tiên quang hợp là phân tử APG -Giai đoạn 2: Giai đoạn khử Lop12.net (13) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH APG bị khử tạo thành 6AlPG với tham gia 6ATP và 6NADPH -Giai đoạn 3: Giai đoạn phục hồi chất nhận RuBP AlPG → RuBP -Giai đoạn 4: Tổng hợp chất hữu Lop12.net (14) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH *Con đường cố định CO2 thực vật C4 – Chu trình Hatch – Slack *Phạm vi: Một số thực vật vùng nhiệt đới như: ngô, mía, có lồng vực, có gấu… Lop12.net (15) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH *Nguyên nhân: Sống điều kiện nóng ẩm kéo dài, ánh sáng cao, nhiệt độ cao, nồng độ CO2 giảm, nồng độ O2 tăng Sản phẩm quang hợp đầu tiên là chất hữu có 4C phân tử (acid oxaloacetic – AOA) *Thành phần tham gia: dạng lục lạp với cấu trúc và chức khác nhau: -Lục lạp tế bào mô giậu -Lục lạp tế bào bao bó mạch *Cơ chế: Gồm chu trình nhỏ: -Chu trình 1: Carboxyl hoá acid phosphoenolpyruvic Xảy lục lạp tế bào mô giậu -Chu trình 2: Tổng hợp monosaccharide Xảy lục lạp tế bào bao bó mạch Thực vật C4 cách ly RuBisCO khỏi oxy không khí cách: Cố định carbon các tế bào thịt lá và sử dụng PEP kết hợp với CO2 nhờ PEP-carboxylase tạo thành oxaloacetate, malate để chuyên chở CO2 tới RuBisCO và phần còn lại chu trình Calvin-Benson cô lập các tế bào bó màng bao Trong lục lạp enzyme ribulose diphosphate-carboxylase hoạt động yếu không hoạt động, thay vào đó là enzyme phosphoenolpyruvate-carboxylase hoạt động mạnh → sản phẩm đầu tiên 4C là các acid oxaloacetic, acid malic, acid aspartic Chú ý: Chu trình C4 còn gọi là chu trình acid dicarboxylic vì sản phẩm đầu tiên có có nhóm carboxyl *Con đường cố định CO2 thực vật CAM (Crassulaceae Acid Metabolism – trao đổi acid họ Thuốc bỏng) Lop12.net (16) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH *Phạm vi: Thực vật vùng sa mạc điều kiện khô hạn kéo dài như: dứa, xương rồng, thuốc bỏng, các cây mọng nước sa mạc… lấy nước ít nên chúng phải tiết kiệm nước đến mức tối đa cách đóng khí khổng ban ngày Vì quá trình nhận CO2 phải tiến hành vào ban đêm khí khổng mở *Cơ chế: CO2 hợp chất 3-carbon là phosphoenolpyruvate (PEP) carboxyl hóa thành oxaloacetat và sau đó bị khử để tạo malate (4C) và lưu trữ cùng các hợp chất hữu đơn giản khác các không bào chúng Muối malate dễ dàng bị phá vỡ thành pyruvate và CO2, sau đó pyruvat phosphoryl hóa để tái sinh photphoenolpyruvat (PEP) Trong thời gian ban ngày, acid malic bị chuyển khỏi các không bào và bị phân tách để tạo thành CO2 cho nó có thể enzyme RuBisCO sử dụng chu trình Calvin-Benson chất đệm lạp lục So sánh với Thực vật C4: -Giống: Có khả quang hợp bình thường điều kiện nóng, thiếu CO2 cách làm giàu CO2 trước chuyển đến rubisco Đều cố định CO2 thành oxaloacetate tế bào thịt lá trước nhả CO2 để cung cấp cho chu trình Calvin Benson -Khác: C4 cố định CO2 thịt lá chuyển vào tế bào bó mạch để nhả CO2 đó Nói cách khác: phân hóa quá trình làm giàu CO2 và chu trình Calvin theo xếp không gian CAM cố định CO2 vào ban đêm và nhả CO2 vào ban ngày cùng tế bào thịt lá để tham gia vào chu trình Calvin Nói cách khác: phân hóa quá trình làm giàu CO2 và chu trình Calvin theo thời gian Chú ý: Như quang hợp các nhóm thực vật C3, C4 và CAM giống pha sáng, chúng khác pha tối - tức là pha cố định CO2 Tên gọi thực vật C3, C4 là gọi theo sản phẩm cố định CO2 đầu tiên, còn thực vật CAM là gọi theo đối tượng thực vật có đường cố định CO2 này Ở thực vật C4, đường cố định CO2 phân biệt mặt không gian thì CAM phân biệt mặt thời gian III MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM PHÂN BIỆT CÁC NHÓM THỰC VẬT C3, C4, CAM Lop12.net (17) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH Bảng : Các đặc điểm hình thái, giải phẫu, sinh lí, hoá sinh các nhóm thực vật Đặc điểm Hình thái, giải phẫu 2.Cường độ quang hợp 3.Điểm bù CO2 4.Điểm bù ánh sáng* 5.Nhiệt độ thích hợp 6.Nhu cầu nước 7.Hô hấp sáng 8.Năng suất sinh học C3 - Có loại lục lạp tế bào mô giậu - Lá bình thường 10–30 mg CO2/dm2/giờ 30 – 70 ppm Thấp: 1/3 ánh sáng mặt trời toàn phần 20 – 30oC Cao Có Trung bình C4 -Có hai loại lục lạp tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch -Lá bình thường 30–60 mg CO2/dm2/giờ CAM Có loại lục lạp tế bào mô giậu – 10 ppm Cao, khó xác định -Lá mọng nước 10–15 mg CO2/dm2/giờ Thấp C4 Cao, khó xác định 25 – 35oC Thấp, ½ thực vật C3 Không Cao gấp đôi thực vật C3 Cao: 30 – 40oC Thấp Không Thấp III.MỐI QUAN HỆ GIỮA HAI PHA MỘT SỐ CÂU HỎI ÔN TẬP 1.Năng lượng 1.Tại ATP coi là “đồng tiền lượng” tế bào ? 2.Vẽ sơ đồ cấu tạo tổng quát phân tử ATP ? Trình bày chế truyền lượng ATP ? 2.Enzyme 1.Trình bày cấu trúc và chế xúc tác và vai trò điều hoà tốc độ phản ứng enzyme ? 2.Giải thích người ta có thể sử dụng cách cách: Đun nóng, ngâm chua, ướp lạnh để bảo quản thức ăn ? 3.Hô hấp: 1.Giai đoạn nào ba giai đoạn hô hấp tế bào xem là cổ ? Giải thích ? 2.Tại quá trình hô hấp sinh vật nhân sơ giải phóng giải phóng 38ATP sinh vật nhân chuẩn giải phóng 36-38ATP ? Lop12.net (18) TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI GV: TRẦN THỊ PHƯƠNG ANH 3.Quá trình OXH glucose tế bào hiệu cao (khoảng 40% lượng) song lại không đạt hiệu suất 100%, tức là có hao phí dạng nhiệt Vậy nhiệt lượng hao phí đó có hoàn toàn là vô ích không ? 4.Cơ thể bạn chế tạo NAD+ và FAD từ hai loại vitamine B, niaxin và riboflavin Bạn cần lượng vitamine bé Liều lượng cho phép khuyến cáo là ngày 20mg niaxin và 1,7mg riboflavin So với lượng glucose thể ta cần ngày thì các lượng này cần ít là bao nhiêu phân tử NAD+ và FAD ? Bạn có thể cho biết nhu cầu hàng ngày bạn các chất đó lại ít không ? 4.Quang hợp 1.So sánh quang hợp và hoá tổng hợp ? 2.Nêu hoạt động nhóm vi khuẩn lấy lượng từ hợp chất chứa nito ? 3.Loại nào sau đây lấy CO2 nhanh (tính theo đơn vị trọng lượng): Cây non, cây trưởng thành, cây già ? Khi chặt các cây già và gieo trồng lại thì có tác dụng gì đến hiệu ứng nhà kính ? 4.Mô tả ngắn gọn cây cối dùng đường sản xuất quang hợp để làm gì ? 5.Các nguyên tử oxy glucose sản xuất quang hợp đến từ nước hay từ CO2 ? Hãy bố trí thí nghiệm chứng minh ? 6.Giải thích tính thích nghi các hình thức quang hợp thực vật ? 5.Tổng hợp: 1.Kể tên các hợp chất vận chuyển điện tử quan trọng tế bào ? Nếu thiếu các chất đó thì điều gì xảy ? 2.So sánh chuỗi vận chuyển e- trên màng thylakoid lục lạp và chuỗi vận chuyển trên màng ty thể: (1) e- thu lượng từ đâu ? (2) Các e- thu gì cuối chuỗi vận chuyển e- ? (3) Năng lượng dòng e- trao cho sử dụng nào ? 3.Tại quá trình quang hợp lại cần pha sáng ATP cần cho pha tối hoàn toàn có thể lấy từ quá trình hô hấp tế bào ? 4.Giả sử trung bình ngày bạn cần 2200kcal cho trì thể và hoạt động tuỳ ý Giả thiết phần bạn cung cấp trung bình ngày 2300kcal Để tránh lượng tích luỹ vào mỡ làm tăng cân, bạn cần phải tập thể dục nhiều Mỗi tuần bạn phải dành (hoặc bơi, chạy) để đốt cháy hết số calo thừa đó ? Biết tiêu thụ 231 kcal/h, bơi 535 kcal/h, chạy 865 kcal/h 5.Chứng minh lượng dùng cho hoạt động sống có nguồn gốc từ lượng ánh sáng mặt trời ? Lop12.net (19)