Quang hợp – Wikipedia tiếng Việt

Lá cây : nơi triển khai quy trình quang hợp ở thực vật .

Quang tổng hợp hay gọi tắt là quang hợp là quá trình thu nhận và chuyển hóa năng lượng ánh sáng Mặt trời của thực vật, tảo và một số vi khuẩn để tạo ra hợp chất hữu cơ phục vụ bản thân cũng như làm nguồn thức ăn cho hầu hết các sinh vật trên Trái Đất. Quang hợp trong thực vật thường liên quan đến chất tố diệp lục màu xanh lá cây và tạo ra oxy như một sản phẩm phụ.[1]

Năng lượng hóa học này được tàng trữ trong các phân tử carbohydrate như đường, và được tổng hợp từ carbon dioxide và nước. Trong hầu hết các trường hợp, oxy cũng được tạo ra như thể một loại sản phẩm phụ. Hầu hết các thực vật, tảo và vi trùng cyanobacteria triển khai quang hợp, và các sinh vật như vậy được gọi là photoautotrophs. Quang hợp giúp duy trì nồng độ oxy trong không khí và cung cấp toàn bộ các hợp chất hữu cơ và hầu hết các năng lượng thiết yếu cho sự sống trên Trái Đất. [ 1 ]

Mặc dù quá trình quang hợp được thực hiện khác nhau với các loài thực vật khác nhau, quá trình này luôn luôn bắt đầu khi năng lượng từ ánh sáng được hấp thụ bởi các protein được gọi là trung tâm phản ứng có chứa sắc tố diệp lục màu xanh lá cây. Ở thực vật, các protein này được tổ chức bên trong các bào quan gọi là lục lạp, vốn là chất chiếm nhiều nhất trong các tế bào lá, trong khi ở vi khuẩn các protein này được nhúng vào trong màng bào tương. Trong các phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng trên, một số năng lượng được sử dụng để tách các điện tử từ các chất thích hợp như nước, sản xuất khí oxy. Thêm vào đó, hai hợp chất tiếp tục được tạo ra: nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) và adenosine triphosphate (ATP), các “đơn vị tiền tệ năng lượng” của các tế bào.

Tóm tắt quy trình quang tổng hợp ( photosynthesis ) : quang hợp gồm có hai pha : pha sáng xảy ra ở thylakoid, còn pha tối xảy ra ở chất nền stroma lục lạp .Ở thực vật, tảo và vi trùng lam, đường được sản xuất bởi một chuỗi các phản ứng tiếp theo không phụ thuộc vào ánh sáng, được gọi là quy trình Calvin, nhưng 1 số ít vi trùng sử dụng các chính sách khác nhau, ví dụ điển hình như quy trình Krebs ngược. Trong quy trình Calvin, khí carbon dioxide được tích hợp vào các hợp chất carbon hữu cơ đã có sẵn, ví dụ điển hình như ribulose bisphosphate ( RuBP ). [ 2 ] Sử dụng ATP và NADPH được các phản ứng nhờ vào vào ánh sáng tạo ra, hiệu quả là các hợp chất này sau đó được giảm và vô hiệu để hình thành carbohydrate cao hơn như glucose .Trong các chuỗi thức ăn tự nhiên, các sinh vật quang dưỡng ( sống nhờ nguồn năng lượng do quang hợp ) thường là những mắt xích tiên phong ; nghĩa là các sinh vật còn lại đều sử dụng loại sản phẩm của quy trình quang hợp ship hàng nhu yếu dinh dưỡng của chúng. Do vậy, quang hợp là chuỗi phản ứng hóa học quan trọng bậc nhất trên Trái Đất, vì nó tạo năng lượng cho sự sống trong sinh quyển. Quá trình quang hợp cũng sản sinh ra khí oxy, tạo nên một bầu khí quyển chứa nhiều oxy cho Trái Đất, một bầu khí quyển vốn dĩ chỉ chứa nitơ và cácbônic trước khi có sinh vật quang dưỡng .

Ở thực vật, quá trình quang hợp chủ yếu được thực hiện nhờ diệp lục (chlorophyll nghĩa là diệp lục; chloro- nghĩa là thứ có màu xanh lục. Sắc tố này thường chứa trong các bào quan gọi là lục lạp. Mặc dù, hầu hết các phần của nhiều loài thực vật đều có màu xanh, năng lượng của quá trình quang hợp chủ yếu được thu nhận từ lá. Quá trình quang hợp của thực vật, tảo và vi khuẩn lam (cyanobacteria) sử dụng chlorophyll và sản sinh ra oxy. Một số loài vi khuẩn quang dưỡng không sử dụng chlorophyll mà dùng một sắc tố tương tự gọi là bacteriochlorophylls và quá trình quang hợp của các vi khuẩn này không sản sinh oxy.

Chữ Hán: 光総合, 光合, tiếng Anh là Photosynthesis bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp φῶς: phōs (ánh sáng) và σύνθεσις: synthesis (đặt cùng nhau). Do đó quá trình này có tên quang hợp (光合), gồm hai chữ quang (光) – “ánh sáng”, và hợp (合) – “nhóm lại”. Tiếng Hy lạp cũng tương tự, từ φῶς (tức phōs) nghĩa là “ánh sáng”, và σύνθεσις (tức synthesis) nghĩa là “tổng hợp lại”.[3][4][5]

Các sinh vật đầu tiên trên Trái Đất xuất hiện từ cách đây khoảng 3 – 4 tỉ năm tổng hợp thức ăn cho chúng từ những vật chất vô cơ bằng sự hóa tổng hợp (chemosynthesis), tức là lấy năng lượng từ các phản ứng hóa học từ các chất vô cơ như H2, NH4, H2S. Ngày nay, các sinh vật này vẫn còn tồn tại trong những môi trường rất đặc biệt như trong các hố xí, suối nước nóng có lưu huỳnh và các miệng núi lửa trên các sàn đại dương, được gọi là các sinh vật yếm khí. Sau đó xuất hiện nhóm sinh vật có khả năng hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời để tổng hợp ra các hợp chất hữu cơ phức tạp, sự quang tổng hợp (photosynthesis), thường được gọi tắt là sự quang hợp, đây là một quá trình sinh học, chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học. Các sinh vật quang hợp đầu tiên này không tạo ra oxy.

Chu trình Calvin

Về sau một số sinh vật có khả năng sử dụng nước cho sự quang hợp, tạo ra O2, dần dần tích tụ trong khí quyển, một số sinh vật tiến hóa khác có khả năng sử dụng O2 xúc tác trong các phản ứng để giải phóng năng lượng trong các phân tử thức ăn. Quá trình này được gọi là sự hô hấp hiếu khí (aerobic respiration). Sự quang hợp sử dụng CO2 và H2O tạo ra từ sự hô hấp hiếu khí và sự hô hấp hiếu khí thì sử dụng thức ăn và O2 sinh ra từ sự quang hợp.

Cả hai loại sinh vật này được gọi chung là sinh vật tự dưỡng – tự tổng hợp chất hữu cơ từ vật chất vô cơ, phân biệt với sinh vật dị dưỡng phải lấy thức ăn hữu cơ từ môi trường tự nhiên chung quanh, chúng tiêu thụ các sinh vật tự dưỡng .Quang hợp là lá cây nhờ có chất diệp lục, ánh sáng, nước, khí carbon dioxide để tạo ra tinh bột, đồng thới nhả khí oxy ra thiên nhiên và môi trường bên ngoài
Cấu tạo của một lục lạp trong tế bào thực vật trong đó ( 1 ) granum ( 2 ) màng lục lạp gồm có ( 3 ) màng ngoài, ( 4 ) xoang gian màng và ( 5 ) màng trong. ( 6 ) Thylakoid gồm có ( 7 ) xoang thylakoid và ( 8 ) màng thylakoid. ( 10 ) Chất nền stroma ( 11 ) DNA vòng, trần của lục lạp ( 12 ) Ribosome ( 14 ) Hạt tinh bột

Để hiểu chi tiết về lục lạp, hãy tham khảo bài viết Lục lạp.

Cấu tạo của lục lạp[sửa|sửa mã nguồn]

Lục lạp là một bào quan đặc biệt quan trọng của tế bào ( đặc biệt quan trọng là thực vật ), giúp chuyển hóa và dự trữ năng lượng photon ánh sáng dưới dạng các link trong phân tử glucose. Giống ty thể, màng lục lạp được cấu trúc bởi hai lớp màng phospholipid kép nhưng màng trong không xẻ khúc mạnh thành các mào, mesosome … mà hai lớp màng khá phẳng phiu. Bên trong lục lạp được phủ bọc bởi chất nền stroma, chứa hệ enzyme tham gia vào pha tối quy trình quang hợp .Thylakoid cấu trúc bởi lớp phospholipid kép, màng thylakoid chứa các phức hệ quang hợp ( sắc tố quang hợp ), nơi triển khai chuỗi truyền electron ( thẳng hàng hoặc vòng ) nhằm mục đích bơm proton H + từ chất nền vào xoang thylakoid để bơm qua protein ATP synthase tổng hợp nên ATP cho nhằm mục đích Giao hàng cho pha tối quy trình quang hợp. Thylakoid xếp chồng lên nhau tạo thành hạt grana ( granum ) .Bên cạnh đó, tương tự như như ty thể, lục lạp có DNA vòng trần vì vậy có năng lực nhân đôi độc lập với nhân tế bào. Ribosome của lục lạp cũng khá đặc biệt quan trọng là ribosome 70S ( giống như ribosome của vi trùng ) trong đó ribosome của sinh vật nhân thực là 80S .Ở động vật hoang dã, do không có lục lạp nên cacbohydrate không được tổng hợp từ lục lạp. Tuy nhiên, ta cũng có bào quan khác tương tự như thay thế sửa chữa đó chính là lưới nội chất ( ER ) trơn, là nơi tổng hợp nên lipid, cacbohydrate cho tế bào, dự trữ cation Ca2 + và khử độc cho tế bào .

Sắc tố quang hợp[sửa|sửa mã nguồn]

Có khá nhiều loại sắc tố quang hợp như diệp lục, carotenoid, phycoblin, anthocyanine … Hầu hết chúng đều có thực chất là lipid ( steroid ) nên có tính kị nước do đó chúng phần nhiều không tan trong nước ( ngoại trừ anthocyanine, có trong củ dền, tan mạnh trong nước do nó không có thực chất là lipid ). Ở thực vật, sắc tố quang hợp chính là chlorophyll ( mà đơn cử là chlorophyll a ), các sắc tố phụ như chlorophyll b, caroteinoid, phycobilin … có vai trò hấp thụ năng lượng photon và truyền cho chlorophyll a TT, cạnh bên đó sắc tố phụ cũng góp thêm phần sưởi ấm cho tế bào .

Phổ hấp thụ của sắc tố[sửa|sửa mã nguồn]

Phổ hấp thụ của sắc tố là câu vấn đáp thích hợp nhất cho câu hỏi : ” Tại sao lá cây có màu xanh ? ” và đáp án này đến từ chlorophyll của lục lạp trong tế bào lá cây ( đơn cử là tế bào mô giậu ). Ánh sáng lưỡng tính tức vừa có đặc thù sóng vừa có đặc thù hạt ( hạt photon ánh sáng ), và mối quan hệ giữa bước sóng và năng lượng photon tỉ lệ nghịch với nhau. Nghĩa là ánh sáng có bước sóng càng nhỏ, năng lượng photon càng lớn như ánh sáng tím ( có bước sóng ngắn trong các vùng ánh sáng nên năng lượng cao gấp đôi ánh sáng đỏ ). Ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều vùng màu xếp từ bước sóng dài đến ngắn là đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm và tím. Chlorophyll hấp thụ ánh sáng đỏ và tím mạnh nhất còn ánh sáng xanh hấp thụ kém nhất ( gần như không hấp thụ ). Do đó khi chiếu ánh sáng trắng vào chlorophyll thì chỉ có ánh sáng xanh lục không bị hấp thụ và phản xạ lại nên ta nhìn thấy lá cây có màu xanh. Nếu vô hiệu ánh sáng xanh lục thì quy trình quang hợp diễn ra vẫn thông thường, không ảnh hưởng tác động

Điều kiện xảy ra và thực chất của pha sáng quy trình quang hợp[sửa|sửa mã nguồn]

Ảnh chụp hiển vi điện tử của một lục lạp : chồng grana được tạo bởi thylakoid – nơi xảy ra pha sáng quy trình quang hợpPha sáng quy trình quang hợp xảy ra dưới công dụng của ánh sáng. Ở tế bào thực vật, quy trình này diễn ra ở thylakoid trong lục lạp. Pha sáng thực ra là quy trình phosphoryl hóa ( để tổng hợp ATP, adenosine triphosphate ) và quy trình tổng hợp nên NADPH2 nhằm mục đích cung cấp năng lượng cho pha tối quy trình quang hợp. Vậy thực chất của pha sáng là chuyển năng lượng từ photon ánh sáng sang phân tử ATP, NADPH2 mà đơn cử là dưới dạng các link hóa học trong ATP ( link cao năng của nhóm phosphate ) và NADPH2 .

Quang hệ PSI và PSII[sửa|sửa mã nguồn]

Quang hệ là phức hệ của protein với các sắc tố quang hợp. Mỗi quang hệ gồm có các sắc tố phụ ( như carotenoid, chlorophyll b … ), đôi chlorophyll a TT và một chất nhận electron sơ cấp. Có hai loại chlorophyll a TT là P680 ( tức chlorophyll a hoạt động giải trí hiệu suất cao nhất ở ánh sáng có bước sóng là 680 ) và P700 ( tức chlorophyll a hoạt động giải trí tốt nhất ở ánh sáng có bước sóng là 700 ). Vậy quang hệ PSII thì đôi chlorophyll a TT là P680, còn quang hệ PSI thì đôi chlorophyll a TT là P700 ( thứ tự I, II chỉ ra thời gian phát hiện ra, nhưng quang hệ PSII hoạt động giải trí trước quang hệ PSI ) .

Quang phân ly[sửa|sửa mã nguồn]

Xét phương trình đơn thuần của quang hợp như sau :

6

CO

2

+
12

H

2

O

→

c
h
l
o
r
o
p
h
y
l
l

p
h
o
t
o
n

C

6

H

12

O

6

+
6

O

2

↑

+
6

H

2

O

{\displaystyle {\ce {6CO_2 + 12H_2O ->[{photon}][{chlorophyll}] C_6H_12O_6 + 6O_2 ^ + 6H2O}}}

[sửa|sửa mã nguồn]

Trong những năm 30 của thế kỉ XX, giáo sư C. B van Niel từ trường đại học Stanford, Hoa Kỳ đã tiến hành thí nghiệm như sau: ông nuôi cấy vi khuẩn lưu huỳnh tía Chromatiales trong môi trường có CO2. Vi khuẩn này là vi khuẩn có kiểu dinh dưỡng quang tự dưỡng nhưng không giống thực vật hay vi khuẩn lam, chúng không sử dụng H2O mà thay vào đó là hydro sulfide H2S cho quá trình quang tự dưỡng của chúng như sau:

6

CO

2

+
12

H

2

S

→

c
h
l
o
r
o
p
h
y
l
l

p
h
o
t
o
n

C

6

H

12

O

6

+
12

S

↓

+
6

H

2

O

{\displaystyle {\ce {6CO2 + 12H2S ->[{photon}][{chlorophyll}] C_6H_12O_6 + 12S v + 6H_2O}}}

[CH_2O] + H_2O + 2X}}}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/199c76dffa9a54c54378658bc7fbbd146797c368″/>

Xem thêm: Quạt ‘thần thánh’ không cần điện, cảnh báo sau cái giá siêu rẻ

Thí nghiệm lưu lại phóng xạ[sửa|sửa mã nguồn]

Gần hai mươi năm sau khi van Niel đưa ra giả thuyết, các nhà khoa học đã chứng minh giả thuyết ấy là đúng nhờ sử dụng oxy-18

O

8
18

{\displaystyle {\ce {^{18}_{8}O}}}

, một đồng vị nặng để quan sát đường di chuyển của nguyên tử oxy trong quá trình quang hợp. Nếu đánh dấu đồng vị 18O vào nguyên tử oxy trong phân tử CO2 thì khí oxy sinh ra không có 18O mà thay vào đó lại thấy ở carbohydrate C6H12O6 sinh ra và nước H2O giải phóng ra. Nhưng nếu đánh dấu đồng vị 18O vào nguyên tử oxy trong phân tử H2O thì lại chỉ tìm thấy duy nhất 18O khí O2 sinh ra.

Vậy khí O2 sinh ra do H2O phân ly tạo thành .

Phương trình tổng quát của quang phân ly[sửa|sửa mã nguồn]

H

2

O

→

q
u
a
n
g
n

ă

n
g

2

H

+

+
2

e

−

+

1
2

O

2

{\displaystyle {\ce {H_2O ->[{quang năng}] 2H^+ + 2e^- + 1/2O_2}}}

Chuỗi truyền electron thẳng hàng[sửa|sửa mã nguồn]

Chuỗi truyền electron thẳng hàng là chuỗi truyền electron thông dụng ở thực vật. Quá trình ấy được tóm tắt bằng sơ đồ chữ Z như sau :

1. Photon ánh sáng va chạm vào phân tử sắc tố của quang hệ PSII khiến electron của phân tử ấy bị kích thích bật lên mức năng lượng cao hơn. Nhưng nhanh chóng electron lại bị sụt thế, “rơi” lại vị trí ban đầu và năng lượng tiếp tục chuyền cho phân tử khác. Phân tử khi nhận năng lượng, electron của phân tử ấy bị kích thích và tiếp tục bị bật lên mức năng lượng cao hơn rồi nhanh chóng sụt xuống ban đầu. Quá trình này tiếp diễn nhau tạo thành một chuỗi liên tục đến khi năng lượng được truyền tới cặp phân tử chlorophyll a trung tâm P680 của PSII.
2. Chuỗi truyền electron thẳng hàng ở màng thylakoids tổng hợp ATP cho pha tối ( quang phosphoryl hóa )+.
3. Cation P680+ là chất oxy hóa cực mạnh nên H2O phân ly thành hai proton H+, hai electron e- và phân tử O2. Hai electron này được bổ sung cho cation P680+ trở thành phân tử bình thường P680
4. Cùng lúc ấy, ánh sáng cũng kích thích các phân tử sắc tố của quang hệ PSI đến khi đôi phân tử chlorophyll a trung tâm của PSI là P700 bị kích thích khiến electron bị bật lên chất nhận electron sơ cấp của PSI. Đôi chlorophyll a P700 bị mất electron nên trở thành chất oxy hóa P700+.
5. Đôi electron từ chất nhận electron sơ cấp của PSII sẽ được chuyền tới đôi P700+ của PSI biến P700+ thành P700 thông qua các chất vận chuyển electron là pheophytin, plastoquinone, phức hợp cytochrome b6f, plastocyanin.
6. Sự sụt thế của electron thông qua chuỗi chuyền electron cung cấp năng lượng cho sự tổng hợp ATP. Khi electron di chuyển thông qua phức hệ cytochrome đã xác lập sự bơm proton đã xác lập gradient mà về sau được sử dụng cho cơ chế hóa thẩm.
7. Đôi electron từ chất nhận electron sơ cấp của PSI tiếp tục xuôi theo chuỗi truyền electron thứ hai thông qua protein ferredoxin. (Chuỗi chuyền này không tạo ra sự chênh lệch về nồng độ proton nên không tạo ra ATP).
8. Enzyme NADP+ reductase xúc tác NADP+ bị khử thành NADPH nhờ đôi electron và hai proton H+.

Khái quát về quy trình Calvin – Benson

Pha tối (Light-independent reaction) của quá trình quang hợp là tập hợp một chuỗi các phản ứng hóa sinh xảy ra ở chất nền (stroma) của lục lạp mà không cần điều kiện ánh sáng (có thể xảy ra trong tối) nhưng lại có quan hệ mật thiết với pha sáng thông qua sản phẩm từ phản ứng sáng là NADPH (Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) và ATP (adenosine triphosphate). Hầu hết phản ứng tối của thực vật gắn liền với chu trình Calvin (gọi đầy đủ là chu trình Calvin – Benson – Bassham hay còn gọi là chu trình C3).

Chu trình Calvin[sửa|sửa mã nguồn]

Chu trình Calvin được chia làm ba pha cơ bản :

• Pha cố định CO2: ba phân tử Ribulose-1,5-diphosphate (viết tắt RuBP) kết hợp với ba phân tử carbon dioxide tạo ra ba phân tử trung gian C6 nhờ enzyme Ribulose-1,5-diphosphate carboxylase oxygenase (viết tắt RuBisCO). 2 đầu tiên.
• Pha khử: Sáu phân tử 3-PGA, mỗi phân tử nhận thêm một nhóm phosphate từ ATP biến thành 1,3-biphosphoglycerate. Tiếp theo một đôi electron từ NADPH khử 1,3-biophosphateglycerate và mỗi phân tử này mất đi một nhóm phosphate biến thành hai phân tử glyceraldehyde-3-phosphate (viết tắt G3P)glucose và hợp chất hữu cơ khác. Năm phân tử G 3 P { \ displaystyle { \ ce { G3P } } }
• Pha tái tạo chất nhận CO2 (RuBP) năm phân tử G3P còn lại sẽ biến thành ba phân tử RuBP va tiêu tốn 3 ATP như sau:

1. Enzyme triose phosphate isomerase sẽ biến tất cả đường G3P ngược lại thành phân tử đường 3-carbon, dihydroxyacetone phosphate (DHAP).
2. Enzyme adolase và fructose-1,6-bisphosphatase biến đổi một phân tử G3P và một phân tử DHAP thành fructose 6-phosphate (6C, kí hiệu F6P), một nhóm phosphate bị loại bỏ ở phản ứng này.
3. Cố định phân tử CO2 còn lại, đồng thời sinh ra hai phân tử G3P.
4. Hai carbon của F6P bị enzyme transketolase loại bỏ, tạo thành erythrose-4-phosphate. Hai phân tử trên transketolase được thêm vào một G3P, tạo thành đường ketose xylulose-5-phosphate (Xu5P)
5. E4P và một DHAP sẽ được chuyển thành sedoheptulose-1,7-biphosphate (đường C7) thông qua enzyme aldolase.
6. Enzme Sedoheptulose-1,7-bisphosphatase phân hủy sedoheptulose-1,7-bisphosphate thành sedoheptulose-7-phosphate (viết tắt S7P) đồng thời giải phóng một gốc phosphate vô cơ.
7. Phân tử CO2 được cố định sinh ra thêm hai phân tử G3P. Đường ketose S7P bị enzyme transketolase loại bỏ 2 carbon tạo ra ribose-5-phosphate (viết tắt R5P) và 2 carbon ấy được chuyển tới một phân tử G3P tạo ra phân tử Xu5P còn lại. Còn lại một phân tử G3P vừa sinh ra ở đầu phản ứng số 7 cùng với ba phân tử pentose được sản sinh sẽ được chuyển hóa thành đường Ru5P.
8. R5P sẽ chuyển hóa thành ribulose-5-phophate (Ru5P) nhờ enzyme phosphopentose isomerase. Xu5P cũng được chuyển hóa thành Ru5P nhờ enzyme phosphopentose epimerase.
9. Cuối cùng, enzyme phosphoribulokinase sẽ gắn nhóm phosphate từ ATP vào phân tử RuP tạo thành RuBP.

Vậy trải qua quy trình Calvin, CO2 được sử dụng triệt để nhằm mục đích tạo ra mẫu sản phẩm cho thực vật đồng thời giải phóng ra ADP ( adenosine diphosphate ) và NADP + là nguyên vật liệu cho pha sáng .
Ngô (Zea mays) là một thực vật C4 tiêu biểu. Trên đây trình bày giải phẫu của lá ngô phù hợp với chức năng sinh lí quang hợp của nó.) là một thực vật C4 tiêu biểu vượt trội. Trên đây trình diễn giải phẫu của lá ngô tương thích với công dụng sinh lí quang hợp của nó .
Ở 1 số ít thực vật như thực vật C4 hay thực vật CAM thì loại sản phẩm cố định và thắt chặt CO2 tiên phong không phải là 3 – PGA mà là một chất khác là hợp chất hữu cơ 4 carbon là oxaloacetate ( 4C ). Chất oxaloacetate tham gia vào một chuỗi phản ứng rồi giải phóng ra CO2. Lúc này CO2 mới tham gia quy trình Calvin. Ở thực vật C4, quy trình Hatch-Slack xảy ra ở tế bào mô giậu còn quy trình calvin xảy ra ở tế bào bao bó mạch. Cụ thể quy trình này như sau :

• Phân tử CO2 tác dụng với hợp chất 3 carbon phosphoenol pyruvate (PEP) nhờ enzyme PEP carboxylase tạo ra sản phẩm cố định CO2 là hợp chất 4 carbon oxaloacetate.
• Oxaloacetate gắn H+ lấy từ NADPH tạo ra malate (hợp chất 4 carbon)
• Malate sẽ bị phân tách thành CO2 và pyruvate (hợp chất 3 carbon). CO2 sẽ đi vào chu trình Calvin.
• Pyruvate sẽ tác dụng với ATP tạo ra PEP. Ở thực vật C4, quy trình Hatch-Slack xảy ra ở tế bào mô giậu ( tế bào thịt lá ) còn quy trình Calvin xảy ra ở tế bào bao bó mạch .
  Đối thực vật CAM, quá trình pha tối diễn ra ở tế bào chuyên biệt gọi là nhu mô. Cấu tạo của chúng phù hợp với khí hậu nóng bức, khô hạn như hoang mạc, bán hoang mạc, vùng nhiệt đới… tức ban ngày chúng phải đóng khí khổng lại để ngăn chặn mất nước trong cơ thể còn ban đêm thì mới mở khí khổng ra. Tuy nhiên khi đóng khí khổng lại thì chúng không thể hút khí carbonic từ môi trường nên đối với thực vật CAM, chúng sẽ hút khí carbon dioxide vào ban đêm khi khí khổng đang mở. Carbon dioxide sẽ dược dự trữ trong cơ thể dưới dạng malate nhờ chu trình Hatch-Slack, ban ngày thì chúng mới có thể thực hiện chu trình Calvin. Do đó, đối với thực vật CAM: chu trình Hatch-Slack diễn ra vào ban đêm còn chu trình Calvin diễn ra vào ban ngày.

Chu trình Hatch-Slack có tính năng như dự trữ CO2 trong khung hình thực vật nhằm mục đích cung cấp nguyên vật liệu CO2 cho quy trình Calvin. Nhờ thế mà thực vật C4 và thực vật CAM sẽ không bị thiếu vắng khí CO2 cho quy trình Calvin. Còn so với thực vật C3 ( tức chất cố định và thắt chặt CO2 tiên phong là 3 – PGA ) không có quy trình Hatch-Slack hoàn toàn có thể thiếu vắng CO2 trong 1 số ít trường hợp nhất định và lúc đó sẽ gây ra hiện tượng kỳ lạ hô hấp sáng sẽ trình diễn rõ ở mục sau .Chu trình Hatch-Slack được đặt tên nhằm mục đích vinh danh hai nhà khoa học là Marshall Davidson Hatch và C. R. Slack, những người đã làm sáng tỏ chúng ở nước Úc vào năm 1966. Chu trình Hatch-Slack cũng thường được gọi thông dụng là quy trình C4 .

Hô hấp sáng[sửa|sửa mã nguồn]

Photorespiration) và chu trình Calvin ở thực vật C3.Tóm tắt hô hấp sáng ( trong tiếng Anh là ) và quy trình Calvin ở thực vật C3 .Trong những ngày khô nóng, thực vật bắt buộc phải đóng khí hổng lại nhằm mục đích tránh mất nước hay gây ra hiện tượng kỳ lạ xitoriz ( hiện tượng kỳ lạ xitoriz là hiện tượng kỳ lạ xảy ra khi tế bào mất nước quá nhanh do môi trường tự nhiên không khí khô, lúc đó thể tích tế bào giảm nhanh do đó tế bào nhăn nheo lại nhưng chất nguyên sinh vẫn không tách khỏi thành tế bào ). Do đó, lá cây không hề hút được khí CO2 từ môi trường tự nhiên bên ngoài. Trong đó quy trình Calvin vẫn liên tục sử dụng khí CO2 và quy trình quang phân li trong pha sáng liên tục diễn ra .Vậy, khi đó nồng độ CO2 trong tế bào giảm nhưng nồng độ O2 liên tục tăng. Vậy làm thế nào để hoàn toàn có thể tăng nồng độ CO2 trong tế bào ? Lúc này enzyme RuBisCO sẽ không cố định và thắt chặt CO2 vào chất RuBP mà thay vào đó sẽ cố định và thắt chặt O2 gây ra hiện tượng kỳ lạ hô hấp sáng. Sản phẩm khí của hô hấp sáng gồm có khí CO2 và NH3 .

1. RuBP tác dụng với khí O2 thông qua enzyme RuBisCO tạo ra 2-phosphoglycolate và 3-PGA (3-PGA sẽ tham gia chu trình Calvin) còn 2-phosphoglycolate sẽ được loại bỏ hai nhóm phosphate vô cơ (Pi) thành glycolate nhờ enzyme phosphoglycolate phosphatase rồi vận chuyển tới bào quan peroxisome trong tế bào.
2. Glycolate sẽ tác dụng với phân tử O2 dưới tác dụng của enzyme glycolate-oxydase (GOD) sẽ bị chuyển hóa thành glyoxylate đồng thời tạo ra phân tử hydro peroxid H2O2. Phân tử H2O2 nhanh chóng bị enzyme catalase trong peroxisome phân giải thành H2O và O2. Phân tử glyoxylate kết hợp với NH2 sẽ được enzyme glutamate-glyoxylate aminotranferase (GGT) biến đổi thành hai phân tử acid amine glycine.
3. Phân tử acid amine glycine được vận chuyển tới ty thể, tại đây một phân tử glycine được biến đổi giải phóng CO2, NH4+ đồng thời khử NAD+ thành NADH nhờ enzyme glycine dercarboxylase (GDC) rồi tác dụng với phân tử acid amine glycine còn lại trở thành acid amine serine. Serine được vận chuyển về peroxisome. Chi tiết quy trình hô hấp sáng ở thực vật
4. Tại peroxisime, acid amine tiếp tục bị enzyme serin-glyoxylate aminotranferase (SGT) biến đổi thành hydroxipyruvate. Hydroxipyruvate tiếp tục bị biến đổi thành glycerate nhờ enzyme hydroxipyruvate reductase (HPR) đồng thời oxy hóa NADH thành NAD+. Glycerate được vận chuyển vào lục lạp trở lại rồi biến đổi thành 3-PGA nhờ enzyme glycerate kinase (GLYK) đồng thời biến đổi ATP thành ADP. Chất 3-PGA tiếp tục tham gia chu trình Calvin.
5. NH4+ sinh ra từ glycune (mục 3) sẽ vận chuyển về lục lạp rồi kết hợp với 2-oxo-glytarate biến đổi thành acid glutamic, một loại acid amine, nhờ enzyme glutamate synthase – glutamine synthetase. Axit glutamic sẽ bị phân hủy thành NH2 (NH2 tham gia vào quá trình tạo acid amine glycine ở mục 2) và 2-oxo-glytarate. 2-oxo-glytarate sẽ tiếp tục quay trở lại tạo axit glutamic.

Hô hấp sáng làm giảm mẫu sản phẩm quang hợp. Do đó, xét cả ba quy trình trong pha tối, thực vật C4 có hiệu suất cao nhất còn thực vật CAM có hiệu suất thấp nhất .

Ý nghĩa và vai trò[sửa|sửa mã nguồn]

Về mặt năng lượng và dinh dưỡng[sửa|sửa mã nguồn]

Về mặt năng lượng, quang tổng hợp có thực chất là quy trình hóa vật chất và năng lượng quy đổi quang năng thành năng lượng hóa năng và tích trữ trong các link của glucose và các loại đường khác. Do đó về mặt sinh thái xanh, thì mức năng lượng tích trữ trong sinh vật sản xuất ( thực vật ) là cao nhất. Đồng thời quy trình quang hợp là cửa ngõ để năng lượng được hấp thụ trong hệ sinh thái và vận động và di chuyển qua các bậc dinh dưỡng cao hơn .Về mặt dinh dưỡng – sinh thái xanh, quang hợp là quy trình đồng điệu tổng hợp chất hữu cơ dinh dưỡng từ các chất vô cơ thiết yếu cho thực vật, thậm chí còn còn cung cấp chất dinh dưỡng cho các sinh vật hóa dị dưỡng ăn thực vật. Do đó, thực vật thường là sinh vật sản xuất trong chuỗi và lưới thức ăn. Nếu vô hiệu thực vật ra khỏi chuỗi thức ăn của hệ sinh thái thì hoàn toàn có thể khiến cho các sinh vật tiêu thụ khác ( trong đó có loài người ) không hề sống sót được .Về mặt địa hóa – sinh thái xanh, quang hợp là một tác nhân quyết định hành động giúp thực vật xuất hiện trong quy trình carbon toàn thế giới bằng cách hấp thụ carbon dioxide sử dụng trong quy trình tự dưỡng của mình .

Về mặt môi trường tự nhiên[sửa|sửa mã nguồn]

Khí oxy được thải ra ngoài thiên nhiên và môi trường trải qua quy trình quang phân li giúp giữ vững nồng độ khí oxy trong khí quyển quanh mức 21 %, một lượng đủ và thiết yếu để sinh giới sống sót và tăng trưởng. Đồng thời trong quy trình quang hợp, thực vật còn hút khí CO2 không những tạo ra loại sản phẩm là tinh bột mà còn giúp điều hòa nồng độ khí CO2 trong khí quyển .

1. ^ a b Bryant DA, Frigaard NU (2006). “Prokaryotic photosynthesis and phototrophy illuminated”. Trends Microbiol. 14 (11): 488–96. doi:10.1016/j.tim.2006.09.001. PMID 16997562.
2. ^ Reece J, Urry L, Cain M, Wasserman S, Minorsky P, Jackson R. Biology. Upper Saddle River, NJ: Pearson Education. tr. 235, 244. ISBN 0-321-73975-2. This initial incorporation of carbon into organic compounds is known as carbon fixation.
3. ^ “photosynthesis”. Online Etymology Dictionary.

   Xem thêm: Quạt ‘thần thánh’ không cần điện, cảnh báo sau cái giá siêu rẻ

4. ^ A Greek–English Lexicon at the Perseus Projectφῶς. Liddell, Henry George; Scott, Robert;at the Perseus Project
5. ^ A Greek–English Lexicon at the Perseus Projectσύνθεσις. Liddell, Henry George; Scott, Robert;at the Perseus Project

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Source: https://sangtaotrongtamtay.vn
Category: Khoa học