Hệ thống lý thuyết và câu hỏi vận dụng chủ đề quang hợp

Nội dung tài liệu: Hệ thống lý thuyết và câu hỏi vận dụng chủ đề quang hợp

1. PHẦN I: MỞ ĐẦU I. Lí do chọn đề tài. Trong chương trình sinh hoc̣ cấp trung hoc̣ phổ thông , phần kiến thức về Sinh lý thực vật đặc biệt là chuyên đề Quang hợp là môṭ nôị dung khá quan troṇg , được đưa nhiều vào đề thi chọn học sinh giỏi quốc gia, quốc tế. Nhiều giáo viên và học sinh còn lúng túng với phần kiến thức này trong khi ôn luyện đội tuyển HSG. Mặc dù hiện nay có rất nhiều tài liệu viết về sinh sản ở thực vật. Tuy nhiên, ở các tài liệu khác nhau với mục đích khác nhau, phần kiến thức về sinh sản ở thực vật được trình bày theo nhiều cách khác nhau. Vì vậy, chúng tôi biên soạn chuyên đề : “Hệ thống lý thuyết và câu hỏi vận dụng chủ đề quang hợp” nhằm hệ thống kiến thức cơ bản và các câu hỏi về quang hợp làm tài liệu cho các bạn học sinh tham dự kỳ thi học sinh giỏi quốc gia, khu vực và quốc tế II. Mục đích nghiên cứu - Hệ thống kiến thức chuyên sâu về quang hợp - Giới thiệu một số câu hỏi tự luận, bài tập để ôn tập, củng cố và vận dụng kiến thức. III. Phương pháp nghiên cứu. - Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: Sưu tầm, nghiên cứu các tài liệu, các đề thi làm cơ sở xây dựng hệ thống lí thuyết và thiết kế các câu hỏi vận dụng. VI. Đối tượng, phạm vi áp dụng Học sinh lớp 11, các đội tuyển ôn thi học sinh giỏi môn Sinh cấp tỉnh và đội tuyển 11, 12 ôn thi học sinh giỏi quốc gia. 1
2. PHẦN II. NỘI DUNG CHUYÊN ĐỀ A. LÝ THUYẾT I. Khái niệm chung về quang hợp 1. Phương trình tổng quát của quang hợp • Phương trình quang hợp ở thực vật, vi khuẩn lam, tảo CO2 + H2O -> (CH2O) + O2 6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6O2 1 phân tử CO2 + 1 phân tử H2O -> 1 phân tử O2 Biết O2 có nguồn gốc từ H2O -> 1 phân tử H2O không giải phóng ra 1 phân tử O2 mà phải là 2 phân tử H2O => Phương trình đầy đủ của quang hợp: 6CO2 + 12H2O -> C6H12O6 + 6H2O + 6O2 • Phương trình quang hợp ở vi khuẩn Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục, tía: CO2 + H2S -> (CH2O) + S + H2O • Phương trình chung CO2 + H2A -> (CH2O) + A + H2O 2. Định nghĩa quang hợp • Theo sản phẩm Quang hợp là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ đơn giản dưới sự tham gia của năng lượng ánh sáng mặt trời và hệ sắc tố. • Theo năng lượng Quang hợp là quá trình biến đổi năng lượng foton ánh sáng thành năng lượng hoá học dưới dạng các hợp chất hữu cơ đồng thời giải phóng O2. • Theo bản chất của quang hợp QH là quá trình oxi hóa nước, khử CO2 thành C6H12O6 + - H2O bị oxi hóa:12 H2O-> 24H + 24e + 6O2 + - CO2 bị khử: 6CO2 +24H + 24e ->C6H12O6 + 6H2O 2
3. 3. Vai trò của quá trình quang hợp - Tạo chất hữu cơ làm thức ăn cho mọi sinh vật, nguồn nguyên liệu, dược liệu. - Tích lũy năng lượng: biến quang năng thành hoá năng trong các liên kết hoá học. - Điều hòa khí quyển: hấp thụ CO2 và giải phóng khí O2, cung cấp sự sống cho Trái Đất. II. Bộ máy quang hợp 1. Cơ quan làm nhiệm vụ quang hợp: lá và một số phần xanh của cây - Lá mang nhiều đặc điểm thích nghi với chức năng quang hợp * Hình thái: - Lá thường có dạng bản, hướng quang ngang vuông góc với tia sáng mặt trời-> nhận được nhiều năng lượng ánh sáng nhất. - Phiến lá mỏng thuận lợi cho trao đổi khí và hấp thụ ánh sáng, giúp ánh sáng xuyên qua các tế bào diệp lục và mô. 3
4. - Có khả năng vận động phù hợp với nhu cầu hấp thụ ánh sáng Một số loài thực vật sống ở vùng nóng, hoang mạc: +Lá nhỏ thuôn dài để trượt bớt ánh sáng + Lá không nằm ngang mà xếp xiên + Nhiều lông tơ nhỏ màu trắng bạc phủ bề mặt lá để phản xạ ánh sáng mặt trời VD: Cây bạch đàn, cây trúc đào - Trong môi trường có quá nhiều ánh sáng có tiềm năng làm hại lá, lá thường có cấu tạo giải phẫu đặc biệt như dạng kim, phủ sáp biểu bì, nhiều lông nhỏ tăng sự phản xạ ánh sáng từ bề mặt lá nhờ đó giảm sự hấp thụ ánh sáng . Sự thích nghi như vậy có thể giảm bớt 40% lượng nhiệt hấp thụ. * Giải phẫu: - Lớp tế bào biểu bì trên: 1 lớp, mỏng, cho ánh sáng đi qua, có cấu trúc lồi để hấp thụ ánh sáng - Lớp tế bào mô giậu ( lớp mô đồng hóa của lá): dày, nhiều lớp tế bào hình chữ nhật dài xếp sát vào nhau để chặn ánh sáng lại → quang hợp, chứa nhiều lục lạp. - Lớp tế bào mô xốp: Có nhiều khoảng trống gian bào lớn cung cấp CO2 và H2O cho quá trình quang hợp và khuếch tán ánh sáng. - Hệ thống mạch dẫn dày đặc làm nhiệm vụ dẫn nước và muối khoáng cho quang hợp và dẫn các sản phẩm quang hợp đến các cơ quan khác. 4
5. - Biểu bì dưới chứa nhiều khí khổng giúp CO2 và nước đi vào và đi ra khỏi lá một cách dễ dàng. - Biểu bì trên và dưới có phủ một lớp cutin hoặc sáp để bảo vệ và hạn chế thoát hơi nước nhưng vẫn cho ánh sáng đi qua. 2. Lục lạp- Bào quan thực hiện chức năng quang hợp * Hình thái: - Thực vật bậc thấp: Lục lạp có nhiều hình dạng: võng, cốc, sao (do không bị ánh sáng đốt nóng) - Thực vật bậc cao: Lục lạp có hình bầu dục , dẹt -> Thay đổi diện tích tiếp xúc với ánh sáng khi cần thiết. (Khi ánh sáng mạnh: Lục lạp có khả năng xoay bề mặt tiếp xúc nhỏ nhất của mình về phía ánh sáng và ngược lại) * Số lượng và kích thước lục lạp: - Tảo: mỗi tế bào có 1 lục lạp - Thực vật bậc cao: mô đồng hoá có 20- 100 lục lạp - Cây ưa bóng có số lượng, kích thước lục lạp, hàm lượng sắc tố trong lục lạp nhiều hơn cây ưa sáng, thường tập trung gần bề mặt tế bào ( lá có màu xanh thẫm). - Sự khác nhau của lục lạp ở cây ưa sáng và cây ưa bóng Các chỉ tiêu Cây ưa bóng Cây ưa sáng Số lượng Nhiều Ít Kích thước Lớn Nhỏ Vị trí Nằm sát biểu bì ( lá có màu Nằm sâu bên trong lá ( lá có sẫm) màu nhạt) Hàm lượng Chlorophyl Cao Thấp hơn Tỷ lệ Chla/ Chlb Thấp ( Chlb nhiều hấp thụ Cao ( Chla nhiều hấp thụ ánh sáng khếch tán gồm các ánh sáng trực xạ gồm các tia sáng có bước sóng ngắn) tia sáng có bước sóng dài) 5
6. * Cấu trúc: - Bên ngoài: Màng kép - Bên trong: + Hạt Grana: Chứa nhiều bản thilacoid xếp chồng lên nhau, trên màng thilacoid chứa sắc tố, trung tâm phản ứng, chất truyền electron. ( Các thilacoid xếp chồng lên nhau-> chứa được nhiều sắc tố hơn-> tăng diện tích tiếp xúc của hệ sắc tố với ánh sáng mặt trời và nước.) + Chất nền Stroma: trong suốt ( cho ánh sáng đi qua), keo nhớt ( lý tưởng cho các phản ứng hóa học xảy ra), chứa nhiều enzyme cacboxyl hóa. * Chức năng - Thực hiện quang hợp - Thực hiện di truyền qua tế bào chất Phân tích cấu trúc lục lạp phù hợp với chức năng Thành phần Chức năng 1.Màng lục lạp là màng kép - Bao bọc, bảo vệ cấu trúc bên trong - Kiểm tra tính thấm của các chất đi vào và đi ra lục lạp 6
7. 2. Chất nền Stroma - Nơi xảy ra pha tối quang hợp - Có độ nhớt: sol - Trong suốt: không cản ánh sáng đi vào các hạt grana - Chứa enzim cacboxyl hoá 3. Các hạt grana - Thực hiện pha sáng quang hợp biến quang năng thành hoá năng - Mỗi grana có 5-10 túi dẹt tròn xếp chồng lên nhau gọi là thilacoid - Trên thilacoid chứa sắc tố quang hợp 4. DNA kép, vòng Thực hiện di truyền qua tế bào chất 3. Hệ sắc tố quang hợp 7
8. a. Sắc tố chính: nhóm màu lục chlorophyl a,b,c,d,e - Thực vật bậc cao có diệp lục a, b - Diệp lục c, d, e có ở vi sinh vật, rong, tảo - Diệp lục hấp thu ánh sáng chủ yếu ở vùng ánh sáng đỏ và ánh sáng xanh tím, có khả năng chuyển năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học. • Diệp lục a (màu xanh lục) - Công thức cấu tạo: C55H72N4O5Mg COOCH3 Gồm C32H30N4Mg (nhóm CH3) COOC20H39 - Hấp thụ ánh sáng có bước sóng từ 400- 700 nm - Cực đại hấp phụ ở bước sóng 430 nm ( xanh lam) và 662nm ( đỏ). Màu lục đặc trưng là do kết quả của sự hấp thụ quang phổ xanh lam và đỏ. • Diệp lục b (màu xanh vàng) - Công thức cấu tạo: C55H70N4O6Mg 8
9. COOCH3 Gồm C32H28N4OMg (nhóm CHO) COOC20H39 - Hấp thụ ánh sáng có bước sóng 400- 650nm - Cực đại hấp phụ ở bước sóng 455 và 644 nm 9
10. • Cấu trúc diệp lục gồm 4 thành phần - Nhân diệp lục: cấu tạo từ 4 nhân pyron liên kết với nhau bằng các cầu nối methyl tạo vòng porphyrin với nguyên tử Mg ở giữa có liên kết thật và giả với các nguyên tử N của nhân pyron - Đuôi diệp lục có vòng xiclôpentan và gốc rượu phyton có các nối đôi cách đều • Cấu trúc diệp lục liên quan đến chức năng - Diệp lục có các nối đôi cách đều nhau nên phân tử chưa bão hoà có các điện tử π và sigma ϭ ở xa trung tâm khi có ánh sáng rọi vào dễ bị kích động truyền năng lượng cho nhau gây hiện tượng huỳnh quang và lân quang. - Là hợp chất có nhiều nguyên tử độc lập • Chức năng Đây là nhóm sắc tố quan trọng nhất với quang hợp vì: - Hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời - Truyền năng lượng về trung tâm phản ứng - Tham gia biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học ở trung tâm phản ứng b. Sắc tố phụ: nhóm màu vàng - Carotenoit: Caroten và Xantophyl • Caroten C40H56 (màu vàng đậm) Bước sóng hấp phụ cực đại: 446 và 476nm. • Cắt đôi β-caroten được 2 phân tử vitamin A Xantophyl C40H56On (n từ 1-6) (màu vàng nhạt) Quang phổ hấp phụ cực đại 451 và 481nm • Chức năng - Không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ - Lọc ánh sáng bảo vệ diệp lục khỏi bị phá huỷ trước ánh sáng cường độ cao - Hấp thụ ánh sáng truyền cho diệp lục - Tạo màu cho quả chín + - Xantophin tham gia vào quang phân li nước giải10 phóng oxy, cung cấp electron và H
11. c. Phicobilin màu nâu ở TV bậc thấp: tảo - Phicoxianin C34H42N4O9 (màu lam) - Phicoerythrin C34H47N4O8 (màu đỏ) - Hấp phụ vùng ánh sáng lục và vàng - Chức năng: + Có ý nghĩa trong đời sống tảo + Phần lớn sống dưới tán rừng sâu hoặc trong nước nơi có ánh sáng bước song ngắn - Hấp phụ xong truyền đến diệp lục để thực hiện quang hợp - Ánh sáng xuyên qua môi trường nước được hấp thu chọn lọc nên tia đỏ mất dần, vì thế sự có mặt của phicôbilin hấp thụ them tia vàng lục để chuyển cho diệp lục. Đây là sự thích nghi của sinh vật sống dưới nước. d. Sắc tố dịch bào: Antoxianin - Antoxyanin ( Sắc tố dịch bào): nằm trong dịch tế bào chất ( không bào) + Hấp thụ ánh sáng -> truyền cho diệp lục và tạo nhiệt sưởi ấm cho cây. + Phụ thuộc nhiều vào nước và dinh dưỡng khoáng. + Màu thay đổi phụ thuộc vào pH, có đặc tính oxy hóa + Tạo màu cho lá cây, cánh hoa, quả chín, 1 số cơ quan khác ( hành tím, cải tím, cà tím) + Tan tốt trong nước + Tăng khả năng chống chịu với môi trường III.Bản chất của quá trình quang hợp • Thí nghiệm chứng minh quang hợp có 2 pha - Chiếu sáng nhập nháy và chiếu sáng bình thường thì quang hợp như nhau - Làm thí nghiệm mối quan hệ ánh sáng với quang hợp và nồng độ CO2. + Từ I0 đến IM: quang hợp phụ thuộc vào cường độ ánh sáng + Từ IM đến Imax: quang hợp phụ thuộc vào nồng độ khí CO2. 11
12. → QH có 2 pha: 1 pha phụ thuộc cường độ ánh sáng. 1pha phụ thuộc nồng độ CO2. 1. Pha sáng ( Xảy ra ở Grana, cần ánh sáng, là pha oxi hóa H2O) - Khái niệm: Pha sáng là pha chuyển hoá năng lượng ánh sáng được diệp lục hấp thụ thành năng lượng trong liên kết hoá học trong ATP và NADPH. Pha sáng cũng là pha oxi hoá nước để sử dụng H+ và e— vào việc hình thành ATP và NADPH, đồng thời giải phóng oxi vào khí quyển. - Gồm 2 giai đoạn: + Giai đoạn quang lí + Giai đoạn quang hoá a. Giai đoạn quang lý - Là giai đoạn có tính chất vật lý đơn thuần ( giai đoạn hình thành các trạng thái kích động điện từ của sắc tố). - Diệp lục hấp thụ ánh sáng khác nhau, tùy thuộc vào mức độ hấp thụ của photon mà phân tử sắc tố trở thành các trạng thái kích động khác nhau. Bao gồm: - Quá trình hấp thụ năng lượng - Sự di trú tạm thời năng lượng trong cấu trúc của phân tử chlorophin Chl* -> Chl < - Chl +h٧ ( Khi diệp lục trở về trạng thái bền thì giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt hoặc huỳnh quang) 12
13. Carotenoid hấp thụ năng lượng ánh sáng -> Trở thành trạng thái bị kích thích -> Diệp lục b trở thành trạng thái bị kích thích -> Diệp lục a trở thành trạng thái bị kích thích -> Trung tâm phản ứng P700 bị kích thích Các sắc tố muốn trở thành trạng thái bền thì phải mất năng lượng dưới dạng nhiệt hoặc huỳnh quang. Năng lượng thải ra từ carotenoid Q1 >>> Năng lượng thải ra từ diệp lục b Q2 > Năng lượng thải ra từ diệp lục a Q3 Phần năng lượng thải ra từ carotenoid dùng để sưởi ấm cho cây vùng ôn đới lạnh. Khi nhiệt độ càng thấp, cây cần nhiều nhiệt-> tích lũy nhiều carotenoid-> hoa có màu càng đậm, sặc sỡ. Năng lượng photon: E = hC/ ƛ = hV + h: hằng số flanck( 6,625.10-34 J.s, + C: vận tốc ánh sáng = 3.1017 nm/s) + ƛ: độ dài bs ( nm) +V: tần số bức xạ (1/s) - Trên cùng một mức năng lượng ( A): 13
14. Số lượng photon của ánh sáng đỏ = A/ E đỏ, của as xanh tím = A/ E xanh tím => A/ 42 > A/ 71 =>Trên cùng 1 mức năng lượng số lượng photon ánh sáng đỏ lớn gấp 2 lần của ánh sáng xanh tím ( do ánh sáng đỏ có năng lượng photon là 42 kcal/mol; xanh tím là 71 kcal/mol) b. Giai đoạn quang hóa - Là sự biến đổi năng lượng ánh sáng từ nguồn năng lượng điện tử được hình thành trong giai đoạn quang lý thành năng lượng hóa học trong các hợp chất giàu năng lượng và chất khử. ( Năng lượng kích thích chất diệp lục ở trung tâm kích động điện tử và trung tâm bền thứ cấp được sử dụng cho quá trình quang phân ly nước và phosphoryl hóa quang hóa để hình thành ATP và chất khử NADPH thông qua 2 hệ quang hóa: PSI và PSII) Bao gồm: - Quang hóa khởi nguyên - Quang phân li nước - Photphorin hóa * Quá trình quang hóa khởi nguyên Là quá trình hình thành thuận nghịch chlorophin khử bởi các phản ứng sáng 1 và phản ứng sáng 2 ( chuyển e cho chất nhận : e được bật ra khi DL hấp thụ photon as) + Quang khử Chl và oxi hóa chất cho e - AH2 + Chl -> Ch + AH2+ -> ChlH + AH -> A + ChlH2 +Chl chuyển e cho chất nhận và trở về trạng thái ban đầu: Chl- + B -> Chl + B- (phản ứng nhanh) ChlH + B -> Chl + BH (phản ứng chậm) ChlH2 + B -> Chl + BH2 (AH2: chất cho điện tử và ion; B: chất nhận e) 14
15. - Sự truyền e và H+ được tiến hành cùng với sự tham gia của 1 hệ thống các chất truyền e phức tạp. + chất chứa Fe dạng hem: xitocrom f, xitocrom b6, xitocrom b3 + dạng không hem: ferredoxin, plastoxyanin, plastoquinon - Chuỗi truyền e này nằm trong 2 hệ thống quang hóa: hệ thống quang hóa I (PSI) và II (PSII). Quá trình truyền e được thực hiện bởi hai phản ứng sáng: phản ứng sáng 1 và phản ứng sáng 2. * * Phản ứng ánh sáng I và con đường vận chuyển điện tử vòng: - Phản ứng ánh sáng 1 được thực hiện bởi trung tâm phản ứng P700. Đây là trung tâm Trung tâm phản ứng P700 hấp thụ ánh sáng bước .730 700- =ג hấp thụ bước song dài sóng dài và trở thành trung tâm kích động điện tử. Phân tử sắc tố bị quang oxi hóa và 1 điện tử tự do của lớp điện tử ngoài cùng tách khỏi phân tử sắc tố và được di chuyển tới chất nhận điện tử khác hình thành con đường vận chuyển điện tử vòng - Là cơ sở của việc chuyển hóa năng lượng điện tử thành ATP. - Điện tử xuất phát từ P700 cũng có thể chuyển cho các chất nhận điện tử khác như NADP->NADPH mà không tạo thành con đường vận chuyển điện tử vòng. => Kết quả: Tạo được 1-2 ATP. Photosystem I Photosystem II carotenoit, chlorophyll b, chlorophyll a-660, chlorophyll xantophyll, chlorophyll b, chlorophyll Hệ sắc tố a-670, chlorophyll a-678, a-680, chlorophyll a-660, chlorophyll chlorophyll a-683, chlorophyll a-670 a-690 Trung tâm P700 - λ= 680 – 700 nm P680 – λ < 680 nm phản ứng Con đường Vòng, không vòng Không vòng đi ATP, NADPH, O Sản phẩm ATP, NADPH 2 * * Phản ứng ánh sáng 2 và con đường vận chuyển điện tử không vòng ( phản ứng ánh sáng 2 thường không xảy ra độc lập mà thường kết hợp với phản ứng ánh sáng 1): 15
16. - Phản ứng ánh sáng 2 thực hiện nhờ trung tâm phản ứng P680. P680 hấp thụ bước sóng < 700 nm. Điện tử bắn ra từ P680 sẽ bù lại cho P700 đồng thời quá trình quang phân ly nước xảy ra sẽ bù lại điện tử cho P680 và hình thành con đường vận chuyển điện tử không vòng trong quang hợp. => KQ: Tạo 1 ATP và 2 NADPH * Quá trình quang phân ly nước; Chl hấp thụ 4 photon ánh sáng để trở thành trạng thái kích thích: 4Chl + 4hv -> 4 Chl* - Chl* tham gia vào quá trình quang phân ly nước: - 4 Chl* + 4H2O -> 4 ChlH+ 4 OH - 4 OH -> 2H2O + O2 + 4e Trong đó: H+: cung cấp cho NADP-> NADPH e bù cho P680 O2 giải phóng ra ngoài không khí. * Quá trình quang photphorin hóa: - Quá trình vận chuyển e trong hệ quang hóa I và hệ quang hóa II đã tạo ra ATP. - Nguyên nhân: Do sự chênh lệch về thế năng oxi hóa của các chất truyền e trung gian( chênh lệch 0,39-0,4 eV) đã làm giải phóng năng lượng ( 7- 10kcal/mol) cho ADP tổng hợp nên ATP. - Cơ chế: Quá trình vận chuyển e tạo năng lượng cho phép để bơm H+ qua màng thilakoid từ bên ngoài chất nền stroma vào bên trong. Hoạt động này tạo ra một gradient proton .H+ khuếch tán trở lại stroma qua ATPase để tạo ATP. KQ của pha sáng: + 2H2O + 3ADP +2NADP + 3Pv-> 3ATP + 2NADPH + O2 Hay: + 12H2O + 18ADP +12NADP + 18Pv-> 18ATP + 12NADPH + 6O2 ( 18ATP + 12NADPH là xuất phát từ nhu cầu ATP và NADPH cần thiết cho việc hình thành 1 phân tử Glucozo) 16
17. * So sánh quá trình phosphoryl hóa vòng và không vòng Phosphoryl hóa vòng Phosphoryl hóa không vòng Con Vòng Không vòng đường (e từ Chl đến khử NADP, e bù lại là từ đi của (e qua dãy truyền điện tử rồi trở về Chl) H O) điện tử 2 Nguyên ADP, P ADP, P , NADP+, H O liệu v/c v/c 2 Sản Chỉ tạo ATP ATP, NADPH, O phẩm 2 Hệ sắc Hệ sắc tố sóng dài Hệ sắc tố sóng ngắn & dài (λ < 680nm) tố (λ = 680 – 700 nm) Chuỗi ferredoxin, cyt b6, cyt f PQ, PC, cyt b6, cyt f truyền điện tử Quang PS I PS I & PS II hệ Trung P700 P680 tâm pư Hiệu 11-22% 36% quả NL Tiến Xảy ra ở vi khuẩn, thực vật bậc Xảy ra ở vi khuẩn lam và thực vật bậc hoá thấp và thực vật bậc cao cao ( Qúa trình phosphoryl hóa vòng chỉ xảy ra ở vi khuẩn quang hợp không thải O2 và cây trong điều kiện thiếu nước) 17
18. 2. Pha tối ( Pha không cần ánh sáng - xảy ra ở Stroma) - Bản chất của pha tối là quá trình khử CO2 nhờ năng lượng ATP và lực khử NADPH được hình thành trong pha sáng để tạo ra các hợp chất hữu cơ. - Có 3 con đường cố định CO2 ở 3 nhóm thực vật khác nhau: + Thực vật C3: Chu trình Calvin + Thực vật C4: Chu trình Hatch- Slach + Thực vật CAM: Chu trình CAM - Các con đường cố định CO2 khác nhau ở: – Chất nhận CO2 đầu tiên – Sản phẩm cố định CO2 đầu tiên 18
19. a. Chu trình Canvin- Benson ( Chu trình C3) - Thực vật C3: Là nhóm thực vật phân bố rộng rãi trên thế giới., sống trong điều kiện khí hậu ôn hòa: cường độ ánh sáng, nhiệt độ, nồng độ CO2, O2 bình thường. - Chất nhận CO2 đầu tiên: Ribulozo1, 5 đi P. - Enzym cố định CO2: Rubisco - Sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình sau khi kết hợp với CO2 là: APG Chu trình C3 gồm 3 giai đoạn: • Giai đoạn cacboxy hóa( khử CO2): Ribulozo1 5 đi P + CO2-> hợp chất 6C không bền-> hợp chất 3C( APG). • Giai đoạn khử: APG----------------------> AlPG nhờ NL của pha sáng ( 12ATP và 12NADPH) AlPG là kho dự trữ G3P được sử dụng theo các phương thức khác nhau • Giai đoạn tạo sản phẩm QH và tái sinh chất nhận + Một bộ phận của C3 tách khỏi chu trình đi theo hướng tổng hợp đường, tinh bột và các sản phẩm khác vận chuyển ra khỏi lá 19
20. + Phần lớn C3 trải qua hàng loạt các phản ứng phức tạp để tái tạo R1,5DP cần thêm 6ATP C3 + C3->C6 C6 + C3-> C4 +C5 C4 + C3-> C7 C7+C3-> 2C5 Các C5 được chuyển hóa thành Ribulozo 1,5 đi P khép kín chu trình. - Chu trình C3 còn tạo ra các sản phẩm trung gian như C3, C4, C6, C7-> hình thành nên các aa, a béo, glyxerin, lipit PTTQ của pha tối: 6CO2 + 12NADPH + 18ATP -> C6H12O6 + 6H20 + 12NADP + 18ADP + 18Pv PT chung của QH: 6 CO2 + 12 H2O------> C6H12O6 + 6H2O + 6O2. Để tạo ra 1 glucôzơ cân12 NADPH và 18 ATP + Pha sáng làm việc 6 vòng + Pha tối làm việc 2 vòng * Ý nghĩa của chu trình C3 - Là chu trình cơ bản nhất trong quang hợp của giới thực vật, xảy ra ở tất cả thực vật. Là chu trình khử CO2 duy nhất để tạo sản phẩm quang hợp. - Trong chu trình tạo nhiều sản phẩm sơ cấp của quang hợp: đó là các hợp chất C3 , C4, C6 là nguyên liệu để tổng hợp các hợp chất thứ cấp như tinh bột, đường, axit amin, axit béo b. Chu trình Hatch- Slack ( Chu trình C4) - Thực vật C4: Thực vật sống ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới: ngô, mía, rau dền, caolương, cỏ lồng vực, cỏ gấu Sống trong điều kiện khí hậu nóng ẩm, cường độ ánh 0 sáng cao, t cao, nồng độ CO2 thấp, nồng độ O2 cao. 20