Đang tải... (xem toàn văn)
Điện tử này sẽ ghép với photon trơ từ phân tử nước bởi enzym và được chuyển theo chuỗi điện tử cytocrom mang của màng giới hạn (vạch đỏ). Khi nước bị phân ly, oxy được phóng t[r]
(1)SINH HỌC B
- Giảng viên: GVC ThSĩ Nguyễn Thị Sáu
- Khoa : Công nghệ Thực phẩm
(2)PHẦN A: SINH HỌC TẾ BÀO VÀ HÓA SINH III QUANG HỢP:
1 Những hiểu biết quang hợp
Trước đây, nhà khoa học cho oxy
tạo trình quang hợp từ CO2, ngày người ta biết O2 từ phân ly
những phân tử nước
Tóm tắt phương trình phản ứng:
6CO2 + 12 H2O ánh sáng, diệp lục tố 6O2 + C6H12O6 + 6H2O
Phản ứng phải trải qua nhiều phản ứng, có
(3) Trong quang hợp, phản ứng oxy hóa khử dùng
năng lượng ánh sáng mặt trời làm phân ly phân tử nước khử CO2 thành dạng đường giàu
lượng Có nghĩa là, ion H+ điện tử phân ly
của phân tử nước cung cấp cho CO2 để
tạo hợp chất khử với đơn vị CH2O,
đồng thời lượng từ ánh sáng mặt trời dự trữ trình
Trong quang hợp, quan trọng chế hấp
(4) 2 Các sắc tố quang hợp
Lạp thể (plastide)
Lạp thể bào quan tế bào thực vật chuyên trách việc tổng
hợp nên glucid từ hợp chất vô
Loại lạp thể có màu đỏ màu vàng gọi sắc lạp Loại
màu vàng chứa xantophyl, loại màu đỏ chức caroten Các chất màu thu hút lượng ánh sáng mặt trời để chuyển lượng vào chất glucid mà sắc lạp tạo nên Các chất màu có khả thu hút loại ánh sáng yếu, ánh sáng tầng cịn sót lại sau chất màu lục diệp lục tầng đa thu hút trước Ánh sáng yếu ánh sáng mùa đông, mùa khô vàng tức mùa làm việc sắc lạp
Loại lạp thể quan trọng lục lạp tức loại có màu lục,
màu chlorophyl tức diệp lục, loại chất màu thu hút ánh sáng mạnh mặt trời
Chú ý: Các loại lạp thể (bạch lạp: không màu lạp bột lạp
(5)Cấu trúc lục lạp
Có hai màng bao bọc lục lạp, bên có chứa
hệ thống màng làm thành túi dẹp thông với gọi thylakoid Một số thylakoid có hình đĩa xếp chồng lên chồng đồng xu gọi
cột Màng ngăn cách phần bên thylakoid chất lục lạp
Những phản ứng pha sáng quang hợp
(6)(7)Chức hệ thống quang hợp
Lục lạp bào quan chuyên việc thu hút ánh
(8)- Phản ứng sáng: Là loạt phản ứng hóa học nhận chuyển điện tử nhằm mục đích phosphoryl hóa ADP để tạo nên ATP khử NADP+ (hoặc phân tử tương tự) để tạo nên phân tử NADPH tiền đề cho phản ứng tổng hợp cacbonhydrat
- Phosphoryl hóa vịng: vịng có ý nghĩa điện tử (e-) bị bật từ phân tử diệp lục sau hoàn thành công việc lại
quay trả lại cho phân tử
- Phosphoryl hóa khơng vịng: khơng vịng có nghĩa điện tử (e-) bị bật khỏi phân tử diệp lục lúc ban đầu, sau
nhập vào phân tử diệp lục khác, phân tử diệp lục cũ cân bằng điện tử lấy từ nước Q trình phosphoryl hóa khơng vòng diễn liên tiếp qua hai hệ thống quang hợp hệ thống quang hợp Hệ thống có diệp lục a, hấp thu ánh bước sóng 700nm, hệ thống có diệp lục b hấp thu ánh sáng có bước sóng 680nm (diệp lục b khác diệp lục a chỗ có nhóm CHO thay vào nhóm CH3
(9)- Phản ứng tối
Phản ứng tối phản ứng quang hợp nhằm cố định CO2 qua
một loạt phản ứng có xúc tác enzyme gọi chu trình Calvin Quá trình cần lượng từ ATP NADPH (hoặc NADPH2) Các phản ứng xảy lòng lục lạp: nguyên
tử cacbon CO2 nối với nối với H NADPH
đồng thời gắn với nhóm photphat
Sau phản ứng tổng hợp:
5NADPH2 + 6CO2 + 2ATP 2C3H5O3-P + 5NADP + 2ADP + 3O2
C3H5O3-P glyceraldehyt 3-photphat (P - GAL) = 3C
Một số P-GAL chuyển từ lục lạp bào tương,
đây chúng trải qua phản ứng glucose 6C: 2C3H5O3-P + H2O C6H12O6 + 2P + 1/2O2
Glucose
Năng lượng tích lũy phân tử glucose tương đương
với nhiệt lượng 780 kcalo; thực vật dự trữ glucose dạng tinh bột :
n (C6H12O6) (C6H10O5)n + nH2O
(10)3 Cấu tạo chức quang hệ I, II:
Diệp lục tố sắc tố phụ cần thiết cho trình
quang hợp làm thành hai hệ thống quang I II, hai màng thylakoid Mỗi hệ thống quang chứa khoảng 300 phân tử sắc tố, có trung tâm phản ứng gồm có phân tử sắc tố, phân tử enzim tất gắn với nhờ phân tử protein
Những phân tử sắc tố khác hoạt động anten,
(11)II Pha sáng trình quang hợp
Pha sáng trình quang hợp gọi chung
phản ứng có số phản ứng cần diện ánh sáng
1 Hệ thống quang I II (photosystem)
• Khi quang tử phân tử sắc tố hấp thu,
năng lượng chuyền vào điện tử phân tử sắc tố, hoạt hóa điện tử lên mức lượng cao Trạng thái hoạt hóa từ phân tử sắc tố sang phân tử sắc tố khác đến trung tâm phản ứng Khi điện tử thu nhận, phân tử trung tâm
(12)2 Chuỗi dẫn truyền điện tử
Trong hệ thống quang I, phân tử tiếp nhận điện tử
đầu tiên protein có chứa FeS P700 bị oxy hóa chuyển điện tử cho protein - FeS nên protein bị khử Sau điện tử từ FeS chất nhận điện tử tiếp nhận Trong chuỗi dẫn truyền điện tử chất nhận điện tử trở thành chất khử chất cho điện tử thành chất oxy hóa Chất nhận điện tử
(13) Mỗi phân tử NADP+ nhận hai điện tử
từ FAD ion H+ từ chất lục lạp và bị khử thành NADPH NADPH chất chất cho điện tử khử CO2 thành carbohydrat
Trong hệ thống quang II, trung tâm phản ứng
(14)Hệ thống quang I Phức hệ b Hệ thống quang II 6-f Khử NADP
Hình 4.5 Sơ đồ AZ hệ thống quang I II
1 Trung tâm phản ứng kích thích; Enzym phân ly nước; Trung tâm phản ứng; Năng lượng điện tử; Phức hệ b6-f; Gradient proton tạo thành tổng hợp
ATP; Khử NADP
1
2
3
5
(15)Hình 4.7 Dẫn truyền điện tử vi huẩn lưu huỳnh tím
Khi điện tử có lượng ánh sáng đẩy từ trung tâm phản ứng hệ thống quang hợp (P870), đa chuyển vào chu trình, cuối trở lại hệ thống quang hợp từ nơi mà đẩy
1 Năng lượng điện tử; Trung tâm phản ứng; Trung tâm phản ứng kích thích; Điện tử chuyên biệt; Ferredoxin; Phức hệ b6-f; Plastocyanin
1
2
3 4
5
(16) Hình 4.7 giải thích hệ thống vận chuyển điện tử
(17) Oxy sản phẩm khí giải phóng, khuếch tán
khỏi tế bào, ngồi khí qua khí hẩu Ion H+ bên thylakoid tạo gradient hóa điện xuyên màng Có thể tóm tắt đường điện tử sau:
Nước hệ thống quang II chuỗi dẫn truyền điện tử hệ thống quang I chuỗi dẫn truyền điện tử thứ NADP carbohydrat
Trình tự cho thấy điện tử cần thiết để khử
CO2 thành carbohydrat từ nước, vận
chuyển điện tử từ nước đến carbohydrat trình gián tiếp phức tạp
Ðiện tử theo đường không thành
(18)3 ATP - nguồn lượng tế bào
Phân tử ATP (adenosin triphosphat) gồm adenosin
nối với ba gốc phosphat Adenosin_P ~ P ~ P Các nối P thứ P thứ hai nối P thứ hai P thứ ba thường gọi nối phosphat giàu lượng Khi nối bị thủy phân thành ADP P phóng thích lượng hữu dụng ATP thành lập thủy phân tế bào
Các phản ứng pha sáng quang hợp
(19) III Pha tối - chu trình Calvin - Benson
(20)Chu trình Calvin tóm tắt theo bước sau:
1) Chu trình bắt đầu nguyên tử carbon từ phân tử CO2 gắn vào phân tử carbon (nguyên liệu
ban đầu) Kết tạo thành phân tử có carbon khơng bền phân ly thành phân tử có carbon
2) Sau trải qua loạt phản ứng, lượng từ ATP hydro từ NADPH (sản phẩm phản ứng sáng = pha sáng) đưa đến cho phân tử có carbon Tiếp theo khử phân tử có carbon thành glucoz dùng để tạo thành phân tử khác
(21)(22) Các phản ứng để tổng hợp carbohydrat từ CO2
sử dụng ATP NADPH tạo pha sáng thường gọi phản ứng tối nó xảy tối, cần có đủ ATP NADPH
Những phản ứng đòi hỏi sản phẩm
(23) Sự khử CO2 nghèo lượng để tạo đường
giàu lượng diễn qua nhiều bước, bước enzim xúc tác
Thật vậy, CO2 đưa lên gradient
lượng cao qua chuỗi hợp chất trung gian không bền cuối tạo sản phẩm cuối cùng giàu lượng carbohydrat ATP NADPH cần thiết cho phản ứng tạo trong chất tổng hợp carbohydrat xảy chất
Có thể giải thích tóm tắt bước cố
định CO2, chuyển hóa CO2 tái tạo chất nhận
(24)phân tử của
phân tử của phân tử của
phân tử của
phân tử của
phân tử của
phân tử của
Cố định carbon
Tái tạo
glucoz các loại khác
đảo ngược glucosis
(25)1 Cố định CO2
Chu trình bắt đầu CO2 từ khơng khí kết hợp với
đường 5C gọi ribuloz bisphosphat (RuBP) tạo đường 6C không bền Sau phân tử đường 6C cắt làm hai tạo hai phân tử acid phosphoglyceric (viết tắt PGA) Enzim xúc tác cho phản ứng ribuloz bisphosphat carboxylaz hay Rubisco, chìa khố phản ứng sinh tổng hợp quang hợp
Kế đến, phân tử PGA gắn thêm vào
gốc phosphat từ phân tử ATP Sau NADPH chuyển điện tử hydro cho chúng Ở phản ứng có tham gia sản phẩm từ pha sáng
Kết hợp chất 3C giàu lượng tạo
(26)2 Chuyển hóa CO2
Một số PGAL tổng hợp thành glucoz sau
(27)3 Tái tạo chất nhận
Phần lớn phân tử PGAL dùng để tạo
ra RuBP mới, tái tạo chất nhận CO2
(28)IV Sự quang hợp nhóm C3, C4 CAM 1 Sự quang hợp thực vật C3
Các quang hợp theo q trình mơ tả
(29)2 Sự quang hợp thực vật C4
Trong chu trình Calvin-Beson, enzim Rubisco xúc tác
phản ứng gắn CO2 vào RuBP để bắt đầu chu trình,
enzim gắn với O2 oxy hố
RuBP để giải phóng CO2 khơng bắt đầu chu trình
được Nói cách khác, CO2 O2 chất
tranh giành hoạt điểm enzim Rubisco Khi nồng độ CO2 cao, O2 thấp CO2 có lợi tổng
(30) Một số sống vùng nóng khơ, để tránh
mất nước khí thường đóng lại nên nồng độ CO2 khoảng trống tế bào thấp, để tránh bớt quang hô hấp xảy ra, có cấu khác C3
(31)Hình 4.15 Cố định CO2 thực vật C4
(32) M D Hatch C R Slack nghiên cứu quang hợp nhận thấy nhiệt độ cao cường độ ánh sáng mạnh, CO2 kết hợp với hợp chất C3 (phosphoenolpyruvate = PEP)
trong tế bào thịt tạo hợp chất C4 đưa chất
này vào tế bào bao Trong tế bào bao, hợp chất C4
được cắt thành CO2 hợp chất C3 khác Do
vậy, CO2 tế bào bao đưa vào chu
trình Calvin-Beson để tổng hợp carbohydrat Như vậy, tế bào thịt hoạt động bơm CO2 Các
cây gọi C4 Sự cố định CO2
(33)Sự quang hợp CAM
Là biến đổi đường quang hợp C4 lần đầu
tiên phát thực vật có hoa Họ Crassulaceae (Họ Thuốc bỏng) hay Họ Bromeliaceae Sự quang hợp CAM bao gồm đường Calvin-Beson, phản ứng diễn tế bào, xảy thời điểm khác Thực vật CAM có khả mở khí theo kiểu khác thường cố định CO2 thành hợp chất C4 vào ban đêm ban ngày
như thực vật khác Hợp chất C4 tạo
trong tối trữ lại không bào tế bào thịt đưa trở lại tế bào chất tế bào để khử CO2 sau ban ngày trở lại CO2 giải
phóng từ hợp chất C4 sau cố định lục
(34)
Q trình sinh hố đặc biệt giúp cho có
thể sống sót điều kiện thật nóng khơ Lỗ khí đóng suốt ngày nhằm tránh nước, chỉ mở vào ban đêm để lấy CO2 mà
bốc nước mức thấp Sự tập trung tích tụ CO2 suốt đêm đủ cho quang hợp
(35)(36) Hình 4.15 So sánh thực vật C4
Cả thực vật C4 CAM không sử dụng
được hai đường C3 C4 Ở thực vật C4, các đường tách rõ ràng: đường C4 xẩy phần thịt đường C3 xẩy tế bào bao
Trong thực vật CAM, đường tách