Nang luong sinh hoc 2012 p5

Sự phát sinh của lục lạp Theo dõi quá trình phát sinh chủng loại, người ta quan sát thấy sự phức tạp hóa dần dần trong cấu trúc lục lạp.Ở vi khuẩn, cấu trúc dùng để hấp thụ và chuyển hóa[r]

Đề tài: CHUỖI VẬN CHUYỂN ĐiỆN TỬ TRONG QUANG HỢP Chuyên ngành: SINH HỌC THỰC NGHIỆM Mã số : 64230 Người hướng dẫn khoa học: TS Võ Văn Toàn Học viên thực : Hà Thị Cẩm Vân Quy Nhơn, tháng 11 - 2012 I CẤU TRÚC LỤC LẠP Lục lạp là bào quan phổ biến và đóng vai trò quan trọng giới thực vật, vì nó thực chức quang hợp biến lượng ánh sáng mặt trời thành lượng hoá học để cung cấp cho toàn giới sinh vật Lục lạp có cấu trúc màng hai lớp Màng ngoài dễ thấm, màng ít thấm, màng ngoài và màng có khoang màng Màng bao bọc vùng không có màu xanh lục gọi là stroma tương tự chất matrix ty thể Stroma chứa các enzyme, các ribosome, ARN và ADN Màng lục lạp Khác với ty thể, màng lục lạp không xếp lại thành crista và không chứa chuỗi chuyền điện tử Ngược lại, hệ thống quang hợp hấp thu ánh sáng, chuỗi chuyền điện tử và ATP synthetase, tất chứa màng thứ tách biệt Màng này hình thành tập hợp các túi dẹt hình đĩa gọi là thylakoid (bản mỏng).Màng thylakoid tạo nên khoảng thylakoid (thylakoid interspace) tách biệt với stroma Các thylakoid có xu hướng xếp chồng lên tạo thành phức hợp gọi là grana.Diệp lục tố (chlorophylle) nằm trên màng thylakoid nên grana có màu lục - Chất cacboxi hoá stroma: thể keo có độ nhớt cao, suốt và chứa nhiều enzim → là nơi thực pha tối QH - Hạt grana: là nơi thực pha sáng QH, gồm các thylacoit : + Màng thylacoit: chứa hệ sắc tố, các chất chuyền điện tử → hấp thu NLAS, và chuyển NLAS thành NL hoá học thông qua quá trình photphoryl hoá + Xoang thylacoit: là nơi diễn quá trình quang phân ly nước Cấu trúc grana Cấu trúc thylakoid HỆ SẮC TỐ QUANG HỢP: a) Các nhóm sắc tố : - Nhóm sắc tố chính ( diệp lục ) : + Diệp lục a : C55H72O5N4Mg + Diệp lục b: C55H70O6N4Mg - Nhóm sắc tố phụ : + Carotenoid: nhóm sắc tố phụ tạo nên các loại màu sắc cây xanh, : là các phân tử chứa C, H có công thức tổng quát C40H56 gồm nhóm: caroten C40H56 và Xantophyl C40H56On ( n : → ) Xantophyl: có công thức tổng quát C40HnOm (trong đó: n = 52¸58; m =1¸6) Thành phần Carotenoic gốc Izopren tạo nên Cấu trúc Carotenoic có phần : vòng ionon đầu và chuỗi thẳng Mọi Carotenoic có mạch thẳng giống nhau,chúng phân biệt vòng ionon Carotenoic có khả hấp thụ ánh sáng chọn lọc Quang phổ hấp thụ cực đại nhóm sắc tố này nằm khoảng 420-500nm Như nhóm Này hấp thụ ánh sáng có bước sóng ngắn.Nhóm carotenoid hấp thụ khoảng 10-20% tổng lượng ánh sang và hấp thụ 30-50% tổng xạ sóng ngắn chiếu vào lá Carotenoic có khả huỳnh quang nhờ đó mà lượng ánh sang nhóm này hấp thụ có thể truyền sang cho chlorophyll để chuyển đến trung tâm quang hợp Chức chính nhóm sắc tố này là hấp thụ lượng ánh sang truyền sang cho chlorophyll Một chức quan trọng khác carotenoic là bảo vệ chlorophyll, Có thể xem carotenoic là cái lọc ánh sáng thu bớt lượng các tia xạ có lượng lớn, nhờ đó bảo vệ cho chlorophyll tránh bị phân huỷ chịu tác động các tia xạ có lượng lớn + Phycobilin : số loài tảo Ficobilin có nhóm khác nhau: Ficocyanin và Ficoerytrin Cấu trúc Ficobilin gồm vòng pyrol nối với cầu metyl tạo nên dạng mạch thẳng Ficobilin hấp thụ ánh sáng vùng có bước sóng trung bình (λ = 540-620 nm) + Diệp lục a : C55H72O5N4Mg + Diệp lục b: C55H70O6N4Mg - Vùng quang phổ có tác dụng QH: 380 nm ≤ λ ≤ 750 nm + Vùng có ý nghĩa : vùng đỏ + vùng xanh tím + Vùng không hấp thụ : xanh lục - Các vùng cực đại hấp thu : + Diệp lục a : 430 nm + 662 nm + Diệp lục b : 470 nm + 650 nm + Carotenoid : 451 nm + 481 nm * Qúa trình hấp thụ AS: Diệp lục b → diệp lục a → diệp lục a TTPỨ Sắc tố phụ → diệp lục b → diệp lục a → diệp lục a TTPỨ b) Vai trò các nhóm sắc tố QH: - Nhóm sắc tố phụ, diệp lục : + Hấp thụ NLAS, sau đó truyền cho diệp lục a TTPỨ + Bảo vệ diệp lục khỏi bị phá huỷ cường độ AS cao - Diệp lục a TTPỨ : Trực tiếp chuyển NL thu từ các photon cho quá trình quang phân li nước và các phản ứng quang hóa để hình thành ATP và NADPH Hệ vận chuyển điện tử quang hợp Trong phosphorylate ôxi hóa, điện tử chuyển từ vật cho điện tử có mức lượng cao (ví dụ NADH) đến vật nhận điện tử (ví dụ O2) thông qua chuỗi chuyển điện tử Trong phosphorylate quang hóa, lượng ánh sáng mặt trời để "chế tạo" vật cho điện tử có mức lượng cao cùng vật nhận tương ứng Điện tử chuyển từ vật cho sang vật nhận thông qua chuỗi chuyển điện tử khác Các chuỗi chuyển điện tử quang hợp có nhiều điểm giống với chuỗi chuyển điện tử ôxi hóa quá trình hô hấp Chúng dùng các vật mang lưu động, tan chất béo (các quinone) và các vật mang lưu động tan nước (các cytochrome ) Chúng bao gồm bơm proton Một điều đáng chú ý khác là các bơm proton tất cảcác chuỗi chuyển điện tử quang hợp giống phức hợp số ti thể a Hệ thống quang hợp II (PS II) b Plsatoquinone c Phức hợp cytochrome b6-f d Plastocyanin e Hệ thống quang hợp I (PS I) Trong hệ thống quang I: - Phân tử tiếp nhận điện tử đầu tiên là protein có chứa FeS - P700 bị oxy hóa và chuyển điện tử cho protein FeS nên protein này bị khử - Sau đó điện tử từ FeS chất nhận điện tử tiếp nhận - Trong chuỗi dẫn truyền điện tử chất nhận điện tử trở thành chất khử và chất cho điện tử thành chất oxy hóa - Chất nhận điện tử thứ hai là Fd -Chất nhận điện tử thứ ba chuỗi dẫn truyền điện tử là phức hợp FAD, sau đó nó chuyển điện tử cho -Sự dẫn truyền điện tử hệ thống quang I NADP+(Nicotinamid Adenin Dinucleotid Phosphat) stroma Mỗi phân tử NADP+ có thể nhận hai điện tử từ FAD và ion H+ từ stroma lục lạp và bị khử thành NADPH NADPH stroma là chất cho điện tử khử CO2 thành carbohydrat f Ferredoxin (Fd) Ferredoxin g feredoxin-NADP reductase (FNR) NADP+ và NADPH Ferredoxin-NADP reductase Cấu trúc ATP synthase Phức hệ Antenna Hệ sắc tố quang hợp Công thức cấu Công thức cấu tạo tạo diệp lục a β- carotene Công thức cấu tạo phycoerythrobilin II THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ CHỨC NĂNG CỦA LỤC LẠP 1.Thành phần hoá học Thành phần hoá học lục lạp chủ yếu gồm: - Protein chiếm khoảng 35 - 55%, đó có khoảng 80% dạng không hoà tan và liên kết với lipid thành lipoproteide, dạng hoà tan có thể là các enzyme - Lipid chiếm khoảng 20 - 30% gồm mở trung tính, steroid, hospholipid - Các sắc tố quang hợp chlorophill, các carotenoid carotin, xantophin và ficobilin - Gluxit tinh bột, đường - Các acid nucleic: ARN từ - 4%, ADN từ 0,2 - 0,5% - Thành phần vô cơ: Fe, Cu, Mn, Zn, ngoài còn có cytocrom, vitamin K, E -ATP, NAD Chức Lục lạp thực quá trình quang hợp Nhờ chlorophill chứa lục lạp mà cây xanh hấp thụ lượng ánh sang mặt trời và biến chúng thành lượng hoá học ATP để tổng hợp các chất hữu Quá trình quang hợp tổng quát sơ đồ sau: 6CO2 + 6H2O (năng lượng ánh sáng/ Chlorophille) -> C6H12O6 + O2 Quá trình photphoryl hoá quang hợp không vòng thực vật Cơ chế tổng hợp ATP ATP synthase Giả thuyết oxid hóa nước ánh sáng hv hv C C C Tyr+ Tyr Tyr+ + e S0 4Mn3+ C+ C C+ C C+ Tyr Tyr+ Tyr Tyr+ Tyr e- - hv hv e- e- S1 S2 S3 3Mn3+ 2Mn3+ 1Mn3+ 1Mn4+ 2Mn4+ 3Mn4+ 2H2O + O2 + 4e- S4 4+ 4OH 4Mn S0 Quá trình photphoryl hoá quang hợp vòng thực vật Chu trình Canvin Con đường quang hợp thực vật C4 Con đường quang hợp thực vật CAM Sự phát sinh lục lạp Theo dõi quá trình phát sinh chủng loại, người ta quan sát thấy phức tạp hóa cấu trúc lục lạp.Ở vi khuẩn, cấu trúc dùng để hấp thụ và chuyển hóa lượng ánh sáng mặt trời chính là màng sinh chất bao quanh tế bào Ở vi khuẩn lam, hệ thống màng có chức quang hợp đã tách khỏi màng lớp tế bào chất Lục tảo đã có lục lạp phân hóa có cấu trúc đơn giản, nghĩa là chưa có hệ thống cột Từ rêu, dương xỉ, lục lạp đã có dạng điển hình giống lục lạp thực vật bậc cao Qua các hệ tế bào tính liên tục lạp thể là lục lạp có khả tự sinh sản cách phân chia, và người ta đã chứng minh lục lạp hình thành cách phân chia từ lục lạp có trước Khả tự phân chia lục lạp là lục lạp có hệ thống di truyền tự lập riêng (có ADN) và hệ tổng hợp protein tự lập (có chứa ribosome, các loại ARN).Ribosome lục lạp giống ribosome procaryota, có số lắng 70S gồm đơn vị nhỏ là 50S và 30S Đơn vị nhỏ 50S chứa rARN 5S và 23S và 26 – 84 protein Đơn vị nhỏ 30S chứa rARN 16S và 19 - 25 protein ADN lục lạp có cấu tạo giống AND procaryota (vi khuẩn và tảo lam) có cấu trúc vòng, không chứa histon có chiều dài tối đa 150µm với hàm lượng 10-16 g ADN lục lạp chứa thông tin mã hóa cho số protein mà lục lạp tự tổng hợp trên ribosome mình Còn các protein khác tế bào cung cấp ADN lục lạp là nhân tố di truyền ngoài nhiễm sắc thể