D- H+ A→ H A
CHƯƠNG 5 QUANG HỢP 1 Khái niệm chung về quang hợp
1. Khái niệm chung về quang hợp
1.1. Định nghĩa quang hợp
Quang hợp là quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ đơn giản là CO2 và H2O dưới tác dụng của năng lượng ánh sáng mặt trời và sự tham gia của sắc tố diệp lục.
1.2. Vai trò của quang hợp
Quá trình quang hợp diễn ra ở cây xanh có ý nghĩa lớn về mặt năng lượng. Người ta tính rằng, quang hợp đã cung cấp gần 90% năng lượng cho nhân loại dùng dưới dạng than đá, khí đốt, dầu hoả, củi đun…
Quang hợp còn cung cấp toàn bộ thức ăn cho người và một khối lượng khổng lồ cho nguyên liệu kỹ thuật (bông, sợi, dược phẩm, gỗ…). Hàng năm trên trái đất quá trình quang hợp đã biến đổi gần 450.1015 kcal năng lượng của bức xạ mặt trời thành năng lượng tiềm tàng trong 115 tỷ tấn chất hữu cơ.
Có quan niệm cho rằng khi tìm hiểu được bí mật của quang hợp con người có thể bắt chước cây xanh tổng hợp nhân tạo chất hữu cơ từ nguyên liệu rẽ tiền và dồi dào CO2, H2O, ánh sáng…không cần cây xanh nữa. Trên thực tế việc tổng hợp nhân tạo này phải đầu tư xây dựng các công trình có cơ cấu phức tạp trên một diện tích rộng để thu và biến đổi năng lượng ánh sáng mặt trời. Trong khi đó, ở thực vật việc tổng hợp các hợp chất hữu cơ một cách dễ dàng hơn nhiều. Mặt khác, nếu muốn tổng hợp protit và lipit nhân tạo từ các sản phẩm quang hợp như than đá, dầu hoả…cũng gặp khá nhiều hạn chế vì dự trữ của chúng không phải là vô hạn, hơn thế nữa, chính các sản phẩm quang hợp cũng được dùng để chế tạo thành các nguyên liệu kỹ thuật như cao su, chất dẻo…chính vì vậy, việc bảo đảm lương thực và thực phẩm cho loài người thì quang hợp đã giữ, đang giữ và sẽ giữ vai trò độc tôn tuyệt đối.
Quá trình quang hợp còn giữ vai trò vũ trụ lớn lao, hàng năm thực vật có màu xanh đã đồng hoá 170 tỷ tấn CO2 là khí độc trên hành tinh, quang phân ly 130 tỷ tấn nước, đã giải phóng 115 tỷ tấn oxy tự do cần cho sự tồn tại và hoạt động của sinh giới. Nếu không có quang hợp thì chỉ riêng sự đốt cháy than, dầu sẽ làm tăng hàm lượng CO2 lên gấp vài
chục lần và huỷ diệt các sinh vật hiếu khí. Mặt khác, sự tăng đột ngột CO2 sẽ làm tăng nhiệt độ trái đất và làm tan các tảng băng gây nên sự lụt khủng khiếp. Trạng thái cân bằng giữa CO2 và O2 là do cây xanh quyết định.
1.3. Các hình thức và sự tiến hóa của đồng hóa CO2 ở thực vật
Quá trình quang hợp của cây xanh chỉ là một trong những hình thức đồng hoá cacbon của sinh giới và ra đời ở một giai đoạn phát triển nhất định của sự sống. Các cơ thể sinh vật đầu tiên trên trái đất có lối sống yếm khí và dị dưỡng. Chúng sống nhờ các chất hữu cơ tương đối đơn giản có sẵn trong các đại dương nguyên thuỷ. Do sự phân giải các hợp chất hữu cơ hàm lượng CO2 trên trái đất tăng dần và xuất hiện chu trình chuyển hoá của cacbon thông qua các khâu đồng hoá và dị hoá của các vi sinh vật đôn giản đầu tiên.
Trong giai đoạn kế tiếp của quá trình tiến hoá, trên trái đất đã ra đời các sinh vật có khả năng tự dưỡng có khả năng đồng hoá CO2 và tổng hợp các chất hữu cơ khác nhau của cơ thể nhờ năng lượng của các phản ứng hoá học toả năng lượng. Đó là hình thức dinh dưỡng hoá năng hợp. Nhóm cơ thể hoá năng hợp tiêu biểu là vi khuẩn không màu Beggiatoa sống trong suối nước nóng chứa nhiều H2S. Chúng có khả năng tổng hợp CO2 thành các hợp chất hữu cơ nhờ năng lượng phản ứng oxy hoá H2S.
2H2S + O2 → 2H2O + S2 +65Kcal CO2 + H2S → 1/6 C6H12O6 + H2O + S
Các lưu khuẩn thiobacillus thiooxidans sống trong đất có chứa lưu huỳnh và photpho cũng có khả năng tự dưỡng bằng cách tích luỹ trong cơ thể một lượng H2SO4 khá lớn.
H2SO4 + 4H2 → H2S + 4H2O + QQ +m CO2 + n H2 → (C6H12O6)x