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.. lượng hóa học dưới dạng các hợp.[r]
(1)(2)PHA SÁNG CỦA QUANG HỢP I. BẢN CHẤT CỦA ÁNH SÁNG
II. CÁC GIAI ĐOẠN CỦA PHA SÁNG 1. QUANG LÍ
2. QUANG HÓA
A. Phản ứng ánh sáng I đường vận chuyển
điện tử vòng:
B. Phản ứng ánh sáng II đường vận chuyển
điện tử khơng vịng
C. Quang phân li nước D. Quang phosphorin hóa
(3)(4)PHA SÁNG
Bao gồm trình hấp thụ ánh sáng và kích động phân tử sắc tố (giai đoạn quang lý) với biến đổi năng lượng photon thành
lượng hóa học dạng hợp
(5)Pha sáng hai pha trình quang hợp.
(6)Đến kỷ 20, xuất nhiều cơng trình
cơ chế quang hợp phản ứng quang phân ly H2O (Hill, 1940);chứng minh O2 thải từ H2O từ CO2 những quan niệm ban đầu (Ruben, Kamen, 1939, 1941).
Đến năm 1954,Arnold -người có cơng lớn
(7)I BẢN CHẤT CỦA ÁNH SÁNG
_ Ánh sáng vừa có tính chất hạt vừa có tính chất sóng Thành phần nhỏ ánh sáng photon loại hạt
bản có khối lượng vơ nhỏ bé mang lượng
(8)Trong đó.
E Năng lượng photon
h Hằng số Planck ( 6,625 10-34 J/s)
c Tốc độ ánh sáng ( 3.1017 nm ∕ s)
ג Độ dài bước sóng ( nm)
v Tần số xạ ( số dao động ∕ s)
(9)
E lượng photon N số Avogadro
(10)Các phân tử diệp lục sắc tố
hấp thụ lượng ánh sáng với mức khác diệp lục hấp thụ
(11)• Pha sáng quang hợp có tham gia
của ánh sáng bao gồm trình hấp thụ ánh sáng kích thích sắc tố biến đổi lượng lượng tử thành dạng năng lượng hoá học dạng hợp chất dự trữ lượng ATP hợp chất khử NADPH2
Pha sáng
(12)II CÁC GIAI ĐOẠN CỦA PHA SÁNG
Quang lý giai đoạn pha sáng quang hợp Trong giai đoạn xảy biến đổi tính chất vật lý phân tử sắc tố hấp thụ lượng ánh sáng
Giai đoạn có hai hoạt động xảy hấp thụ lượng sắc tố truyền lượng các sắc tố hấp thụ đến hai tâm quang hợp (P700 và P680)
Kết giai đoạn hai tâm quang hợp tiếp nhận lượng ánh sáng để tham gia vào phản ứng quang hố.
(13)Chuyển hóa mức lượng điện tử
(14)Sơ đồ trạng thái kích động diệp lục hấp thụ photon xanh đỏ
(15)Quá trình biến đổi trạng thái diệp lục tố trình quang lí tổng hợp sau:
(16)b Sự truyền lượng
- Trong lục lạp có nhiều loại sắc tố, loại sắc tố lại có rất nhiều phân tử.
- Khi có ánh sáng sắc tố phân bố vùng khác nhau có khả hấp thụ ánh sáng khác Không phải sắc tố nhận lượng ánh sáng có thể thực phản ứng quang hố mà có phân tử chlorophyll Hai tâm quang hợp (P700, P680) trực tiếp tiến hành phản ứng quang hố.
(17)Có hai hình thức truyền lượng sắc tố: truyền đồng thể truyền dị thể.
- Truyền đồng thể trình truyền lượng từ phân tử sắc tố giàu lượng sang phân tử sắc tố nghèo lượng cùng loại sắc tố.
- Truyền dị thể trình truyền lượng từ phân tử sắc tố giàu lượng sang phân tử sắc tố nghèo lượng.
+ Cơ sở trình truyền lượng dị thể nhờ hiện tượng huỳnh quang Phân tử giàu lượng thải năng lượng dạng ánh sáng huỳnh quang phân tử nghèo năng lượng hấp thụ lượng từ ánh sáng huỳnh quang
+ Cơ chế dị thể xảy việc truyền lượng từ
(18)2 QUANG HÓA:
Là giai đoạn diệp lục sử dụng
(19)A Phản ứng ánh sáng I đường vận chuyển điện tử vòng
• Phản ứng ánh sáng I bao gồm chuỗi liên tục phản ứng oxy hóa khử Hệ sắc tố I
thực phản ứng ánh sáng I.
• Ở diệp lục a700 (P700) giữ vai trò
trung tâm phản ứng, nơi thu nhận tích lũy năng lượng từ sắc tố khác chuyển đến.
(20)B Phản ứng ánh sáng II đường vận chuyển điện tử khơng vịng
• Thực phản ứng ánh sáng II hệ sắc tố II Sắc tố giữ vai trò trung tâm phản ứng diệp lục a680 (gọi P680) Phản ứng ánh
sáng II thường xảy với phản ứng ánh sáng I nối liền với phản ứng ánh sáng I
nhờ chất vận chuyển điện tử trung gian
• Như kết hợp hoạt động hai phản ứng ánh sáng I II tạo thành đường
vận chuyển điện tử khơng vịng quang hợp đường liên tục từ H2O đến
(21)C Quang phân li nước:
• Q trình quang phân li nước diễn gắn liền
với hoạt động phản ứng ánh sáng II giai đoạn quang hóa.
• Bằng phương pháp đồng vị phóng xạ (18O)
người ta xác định O2 giải phóng
trong q trình quang hợp có nguồn gốc từ
H2O mà khơng phải từ CO2
• Một chứng cho kết luận thí
nghiệm với tảo Elodea người ta thấy tỉ lệ
18O thoát quang hợp khớp với tỉ lệ
18O có H2O khác xa tỉ lệ 18O có
(22) Quang phân ly H2O xảy
xanh mà khơng có vi khuẩn quang hợp chế quang phân ly nước diễn ra sau:
+ Trước hết diệp lục hấp thụ photon trở thành dạng diệp lục kích động, phân tử diệp lục hấp thụ photon.
(23)+ Diệp lục kích động xúc tác cho phản ứng phân ly nước:
4H2O 4H+ + 4OH
4OH 4OH + 4ē
4OH 2H2O + O2
Tổng quát 2H2O 4H+ + 4ē + O2
• Sản phẩn trình quang phân li nước
là H+ được dùng để khử NADP, tạo chất
khử NADPH2, điện tử bù lại cho P680 O2
(24)Phosphorin hóa quang hợp q trình tạo thành ATP quang hợp.
Phosphorin hóa quang hợp xảy đồng thời với trình vận chuyển điện tử
quang hợp điện tử vận chuyển từ chất oxy hóa khử thấp tới chất có oxy hóa khử cao hơn, điện tử sẽ nhường bớt phần lượng trong môi trường có mặt ADP gốc
phosphate vơ (H2PO3) lượng điện tử tích lũy liên kết giàu lượng ATP
(25)Năm 1954, Arnon phát hai hình thức phosphorin hóa quang hợp
phosphorin hóa vịng phosphorin hóa
(26)D1 Phosphorin hóa quang hợp vịng
(27)X
Fd
Xit b6
Xit f PC
P700 DI hv 2e-ADP ATP ADP ATP X’ Fd’ Q
Xit C555
(28)2e-Hiệu lượng phosphorin hóa
quang hợp vịng đạt 11% tạo ATP đạt 22% tạo 2ATP
Phosphorin hóa quang hợp vòng xảy cây điều kiện thiếu nước vi khuẩn quang hợp nguồn ATP dùng
quá trình đồng hóa CO2 tổng hợp chất
(29)D2 Phosphorin hóa khơng vịng
X
Fd
Xit b6
Xit f PC
P700 DI hv 2e-ADP ATP FP 2e-ADP ATP NADP Xitb559 PQ
Dl2
H2O xitc
(30)Phương trình tổng qt q trình phosphorin hóa khơng vòng là:
(31)Hiệu phosphorin hóa khơng vịng cao hơn phosphorin hóa vịng:
Sản phẩm tạo thành gồm có:
1 phân tử ATP tương đương Kcal
1 phân tử NADPH2 tương đương 52 Kcal Phosphorin hóa khơng vịng xảy hai phản ứng ánh sáng hoạt động đồng thời phản ứng ánh sáng sử dụng photon đỏ, số photon sử dụng phản ứng ánh sáng 4 photon # 42kcal*4=168 kcal
52 +
(32)Sự khác biệt hai hình thức phosphorin hóa quang hợp trình bày bảng
Hình thức
phosphorin hóa
Vịng Khơng vịng Sự tham gia
phản ứng ánh sáng
Phản ứng ánh
sáng I Phản ứng ánh sáng I phản ứng ánh sáng II Chất tham gia ADP, H3PO4 ADP, H3PO4,
H2O NADP Sản phẩm ATP NADPH2, ATP,
O2 Hiệu
lượng
(33)•Photphoryl hóa vịng giả:
Trong điều kiện hiếu khí, khơng có NADP, thiếu nước số thực vật có xảy trình
photphoryl hóa mà O2 làm chất nhận ion H+ e- thay cho NADP Bởi sản phẩm tạo
khơng có NADPH2 mà tái tạo lại phân tử H2O mới.
Photphoryl hóa vịng giả thường gặp thực vật CAM (Crassulacean acid metabolism), cây thuộc họ Liliaceae: Hành, Bromeliaceae:
Dứa, Orchidaceae: Lan, Cactaceae: Xương rồng; Crassulaceae: Thuốc bỏng,
(34)III KẾT QUẢ CỦA PHA SÁNG
Trong giai đoạn quang lý nhờ hấp thụ năng lượng ánh sáng, phân tử sắc tố có thay đổi sâu sắc mức lượng điện tử thay đổi tính chất
quang hóa
Q trình biến đổi trạng thái sắc tố ở giai đoạn quang lý tóm tắt sau:
DL
Diệp lục trạng thái bình thường hv photon DL* Diệp lục kích động DLv Diệp lục trạng thái bền
triplet
(35)KẾT QUẢ CỦA PHA SÁNG
Trong giai đoạn quang hóa
- Nhờ hoạt động phản ứng ánh sáng I
và II tạo thành đường vận chuyển
điện tử khơng vịng quang hợp,
đường liên tục từ H2O đến NADP
- Sản phẩm trình quang phân
ly nước H+ dùng để khử
(36)KẾT QUẢ CỦA PHA SÁNG
Trong giai đoạn quang hóa
- Hiệu lượng
photphorin hóa quang hợp vòng + đạt 11% tạo ATP
+ đạt 22% tạo ATP
Nguồn ATP dùng để đồng hóa
CO2 tổng hợp chất hữu
(37)KẾT QUẢ CỦA PHA SÁNG
Trong giai đoạn quang hóa
- Hiệu lượng
photphorin hóa khơng vịng đạt 36%
(38)