Bài giảng Pha sáng quang hợp

Pha sáng quang hợp Nội dung Khái niệm chung về quang hợp Nội dung của pha sáng Giai đoạn quang vật lí Giai đoạn quang hóa học Giai đoạn photphorin hoá Nhìn chung về quang hợp Quang hợp là quá trình biến đổi năng lựợng ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học dưới dạng các hợp chất hữu cơ. Cây xanh hấp thu năng ánh sáng mặt trời để tổng hợp chất hữu cơ (glucose) từ các chất vô cơ là CO2 và H2O. Phương trình tổng quát: 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6H2O SUN photons glucose Ý nghĩa của quang hợp: Nguồn cung cấp chủ yếu các chất hữu cơ cho mọi sự sống Biến đổi ánh sáng thành dạng năng lượng hóa học Giữ cân bằng nồng độ CO2 và O2 trong khí quyển. Bản chất: là quá trình oxi hóa-khử quá trình oxi hóa thuộc pha sáng quá trình khử thuộc pha tối Photosynthesis includes of take place in takes place in uses to produce to produce use Pha sáng Xảy ra trên màng thilakoid Là quá trình oxihóa (mất điện tử hoặc nhận oxy) Trong mỗi bước quả chuỗi vận chuyển điện tử, electron bị mất dần năng lượng Sun Chlorophyll passes energy down through the electron transport chain. for the use in light-independent reactions bonds P to ADP forming ATP oxygen released splits H2O H+ NADP+ NADPH Light energy transfers to chlorophyll. Energized electrons provide energy that Sắc tố quang hợp Định vị trên màng thylakoid Mọi sinh vật quang hợp đều có Chlorophyll a. Các sắc tố phụ bao gồm Chl b, c, d; carotenoid; phycobilin ở thực vật bậc thấp. Chlorophyll bao gồm 4 nhân pyron liên kết với nhau bằng các cầu nối metyl để tạo vòng porphyrin với các nguyên tử Mg ở giữa. Quang phổ hấp thu: 2 vùng hấp thu là xanh lam(430nm) và đỏ(662nm) Chlorophyll a: C55H72O5N4Mg Chlorophyll b: C55H70O6N4Mg Giai đoạn quang vật lí Chl + hν Chl* Chl Bao gồm -Quá trình hấp thụ năng lượng -Sự di trú tạm thời năng lượng trong cấu trúc của phân tử chlorophin Chlorophin ở trạng thái bình thường Chlorophin trạng thái kích thích Chlorophin ở trạng thái bền thứ cấp -Đầu tiên, điện tử được đẩy tới mức năng lượng cao hơn do hấp thụ ánh sáng. -Sau đó electron đó tác động vào các chất vận chuyển e => đi vào giai đoạn quang hóa học Quang hệ I (PSI) Quang hệ I Quang hệ II Phức hệ ăng ten Giai đọan quang hóa hóa học Là giai đoạn chlorophin sử dụng năng lượng photon hấp thụ được vào các phản ứng quang hóa để hình thành nên các hợp chất dự trữ năng lượng và các hợp chất khử Bao gồm Quang hóa khởi nguyên Quang phân li nước Photphorin hóa Quang hóa khởi nguyên Là quá trình hình thành thuận nghịch chlorophin khử bởi các phản ứng sáng 1 và phản ứng sáng 2 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) 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. Quang hóa khởi nguyên Quang hóa khởi nguyên Sự tổ chức của phức hệ pr trên màng thylakoid. PSII định vị một cách tập trung thành cụm trên màng. PSI và ATPsynthase được tìm thấy trong các vùng không tập trung nhô ra chất nền stroma. Phức hệ cytocrom b6f phân bố đồng đều. Con đường electron vòng Chu trình e không vòng Con đường e không vòng -P700* oxihóa trung tâm phản ứng khi e giàu năng lượng được chuyển tới chất chuyển e đầu tiên, A0, khử nó. ->Ao lại truyền e cho A1 và khử A1 -> A1 tiếp tục đẩy e tới phức hệ Fe-S -> e chuyển động tới ferredoxin. -> feredoxin-NADP+ bị khử bởi e ->e được sử dụng để khử ADP thành NADPH2. Quang hóa khởi nguyên Quang hóa khởi nguyên Sự thiếu hụt e để lại trong PSI sẽ được bù lại nhờ e của PSII. e bị kích động trong trung tâm phản ứng của P380 cũng sẽ truyền xuống qua chuỗi vận chuyển e để thay thế cho e của P700 -e từ trung tâm phản ứng P680được đẩy lên mức năng lượng cao hơn nhờ hấp thụ ánh sáng. -e được chuyển tới pheophytin và khử nó-> Qa và khử nó -> Qb -> khử phức hệ xytocrom bf, các chất truyền tiếp theo -> plastocyanin. -Cuối cùng e đi vào phức hệ P700 bù vào sự thiếu hụt e. Một lỗ hổng e mới lại được tạo ra trong P680, được bù bằng e của nước => Xảy ra quang phân ly nước. Quang phân li nước O2 giải phóng trong quá trình quang hợp của cây xanh là O2 lấy từ H2O 2H2O 4H+ + O2 Cơ chế - 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 Quang phân li nước Các e trong nước được tách ra bởi enzyme phân li nước, bù vào sự thiếu hụt e trong P680 . Nước bị oxihóa tạo ra O2, giải phóng vào khí quyển Photphorin hóa Quá trình vận chuyển e này có một tác động nữa, nó 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 . Photphorin hóa H+ khuếch tán trở lại stroma qua ATPase để tạo ATP. ADP + P ATP ATPase P Khi nồng độ NADP đã tích lũy đủ nhưng thực vật vẫn cần năng lượng (ATP), thì con đường không vòng sẽ chuyển thành dạng vòng gọi là sự photphorinhóa vòng. Photphorin hóa vòng Chỉ sử dụng PSI Chuỗi truyền điện tử của PSI vận chuyển các e của nó trực tiếp từ feredoxin tới phức hệ cytochrome bf, thay cho NADP. Không có sản phẩm O2 Gradient proton được tạo ra được cung cấp cho ATP synthease để tạo ATP. Mối quan hệ giữa 2 con đường Trong quá trình quang hợp cần sự phối hợp nhịp nhàng giữa 2 con đường. Nếu chỉ có con đường không vòng thì thiếu ATP. Quá trình photphorin hóa không vòng tiến hóa hơn, vì quá trình này chỉ gặp ở thực vật bậc cao , nó sử dụng cả 2 hệ thống quang hóa, sản phẩm phong phú hơn. Kết quả: Pha sáng tạo ATP, NADPH đi vào pha tối tạo nên mối quan hệ giữa 2 pha trong quang hợp. O2 giải phóng vào khí quyển. Chloroplast Light- Dependent Reactions Calvin Cycle NADPH ATP ADP + P NADP+ Chloroplast