Bài giảng Sinh học đại cương A1 - Chương 4: Sự quang hợp

 sắc tố hấp thu ánh sáng, chúng sẽ chuyển 
từ trạng thái nền sang trạng thái hoạt hóa không bền
• Khi điện tử được hoạt hóa chuyển trở về trạng thái 
nền, các photon được phát ra, tạo thành màu đỏ 
hồng, gọi là phát huỳnh quang (fluorescence)
• Khi được chiếu sáng, một dung dịch chlorophyll sẽ 
phát huỳnh quang và tỏa nhiệt
Bùi Tấn Anh © CanTho University
(a) Sự kích hoạt của phân tử chlorophyll
Nhiệt
Trạng thái
hoạt hóa
(b) Fluorescence
Photon Trạng thái 
nền
Photon
(fluorescence)
N
ă
n
g
 l
ư
ợ
n
g
 c
ủ
a
 đ
iệ
n
 t
ử
e–
Phân tử
Chlorophyll
3/29/2010
5
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Hệ thống quang (Photosystem)
• Một hệ thống quang gồm một phức hệ protein gọi là 
trung tâm phản ứng (reaction center) được bao 
quanh bởi các phức hệ thu nhận ánh sáng (antena)
• Các antena là các phân tử sắc tố bao quanh protein, 
thu nhận và chuyển năng lượng của các photon về 
trung tâm phản ứng
Bùi Tấn Anh © CanTho University
• Trong trung tâm phản ứng có mooth thể tiếp nhận 
điện tử (primary electron acceptor) nhận điện tử 
đã được kích hoạt từ chlorophyll a
• Sự chuyển năng lượng ánh sáng mặt trời của một 
điện tử từ phân tử chlorophyll a đến thể tiếp nhận 
điện tử là bước đầu tiên trong các phản ứng của pha 
sáng
Bùi Tấn Anh © CanTho University
XOANG THYLAKOID 
STROMA
e–
Các phân tử
sắc tố
Photon
Chuyển 
năng lượng
Một cặp
chlorophyll a
M
à
n
g
 T
h
yl
a
k
o
id
Hệ thống quang
Thể tiếp 
nhận
điện tử
Trung tâm 
phản ứngCác antena
Bùi Tấn Anh © CanTho University
• Trên màng thylakoid có hai loại hệ thống quang
• Hệ thống quang II (PS II) hoạt động trước (số II 
chỉ thứ tự được phát hiện) và hấp thu ánh sáng ở 
bước sóng không quá 680 nm
• Trung tâm phản ứng của PS II được gọi là P680
• Hệ thống quang I (PS I) hoạt động sau và hấp thu 
ánh sáng ở bước sóng không quá 700 nm
• Trung tâm phản ứng của PS I được gọi là P700
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Quang phosphoryl hóa không vòng
• Trong pha sáng có hai lộ trình quang phosphoryl 
hóa: không vòng và có vòng
• Quang phosphoryl hóa không vòng có sự tham 
gia của cả hai hệ thống quang, dùng năng lượng của 
ánh sáng để tổng hợp cả ATP và NADPH
Bùi Tấn Anh © CanTho University
• Khi một photon va đập vào sắc tố, năng lượng từ 
photon được chuyển qua các sắc tố đến khi nó kích 
hoạt P680
• Một điện tử đã được hoạt hóa từ P680 sẽ được 
chuyển sang thể tiếp nhận điện tử của trung tâm 
phản ứng
3/29/2010
6
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Các phân tử 
sắc tố
Ánh 
sáng
P680
e–
2
1
Hệ thống quang II
(PS II)
Thể 
tiếp nhận 
Bùi Tấn Anh © CanTho University
• P680+ (P680 đã mất một điện tử) là một tác nhân 
oxi hóa rất mạnh
• H2O bị thủy phân bởi các enzymes, và các điện tử 
được chuyển từ nguyên tử hydro đến P680+, khử 
chúng thành P680
• Phản ứng này sẽ phóng thích sản phẩm là O2
Bùi Tấn Anh © CanTho University
P680
e–
2
1
e–
e–
2 H+
O2
+
3
H2O
1/2
Thể 
tiếp nhận 
Ánh 
sáng
Các phân tử 
sắc tố
Hệ thống quang II
(PS II)
Bùi Tấn Anh © CanTho University
• Từ thể tiếp nhận của PS II, mỗi điện tử được chuyển 
vào chuỗi dẫn truyền điện tử đi đến PS I
• Năng lượng phóng thích sừ sự chuyển điện tử này 
tạo ra một khuynh độ proton ngang qua màng 
thylakoid 
• Sự khuếch tán của H+ (protons) qua màng dẫn đến 
sự tổng hợp ATP
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Các phân tử
sắc tố
P680
e–
2
1
e–
e–
2 H+
O2
+
3
H2O
1/2
4
Pq
Pc
Phức hệ
Cytochrome
5
ATP
Hệ thống quang II
(PS II)
Ánh 
sáng
Thể 
tiếp nhận 
Bùi Tấn Anh © CanTho University
• Giống như ở PSII, trong PS I photon được hấp thu 
sẽ kích hoạt P700, làm phóng thích điện tử đến thể 
tiếp nhận
• P700+ (P700 bị mất một điện tử) sẽ tiếp nhận lại 
một điện tử được chuyển đến từ PS II qua chuỗi dẫn 
truyền điện tử
3/29/2010
7
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Hệ thống quang I
(PS I)
e–
P700
6
Các phân tử
sắc tố
P680
e–
2
1
e–
e–
2 H+
O2
+
3
H2O
1/2
4
Pq
Pc
Phức hệ
Cytochrome
5
ATP
Hệ thống quang II
(PS II)
Ánh 
sáng
Thể 
tiếp nhận 
Thể 
tiếp nhận 
Ánh 
sáng
Bùi Tấn Anh © CanTho University
• Từ thể tiếp nhận điện tử của PS I, mỗi điện tử được 
chuyển qua chuỗi dẫn truyền điện tử đi đến protein 
ferredoxin (Fd)
• Sau đó điện tử được chuyển đến NADP+ và khử 
chất này thành NADPH
• Các điện tử của NADPH bây giờ có thể dùng cho 
các phản ứng của chu trình Calvin
Bùi Tấn Anh © CanTho University
6
Fd
NADP+
reductase
NADP+
+ H+
NADPH
8
7
e–
e–
Fig. 10-13-5
Hệ thống quang I
(PS I)
e–
P700
Các phân tử
sắc tố
P680
e–
2
1
e–
e–
2 H+
O2
+
3
H2O
1/2
4
Pq
Pc
Phức hệ
Cytochrome
5
ATP
Hệ thống quang II
(PS II)
Ánh 
sáng
Thể 
tiếp nhận 
Thể 
tiếp nhận 
Ánh 
sáng
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Máy xay
tạo
ATP
e–
NADPH
e–
e–
e–
e–
e–
ATP
Hệ thống quang II
e–
Hệ thống quang I
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Quang phosphoryl hóa có vòng
• Trong lộ trình này chỉ có sự tham gia của hệ thống 
quang I và chỉ tạo thành ATP mà không tạo ra 
NADPH
Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings Bùi Tấn Anh © CanTho University
ATPHệ thống quang II
Hệ thống quang I
Thể
tiếp nhận
Pq
Phức hệ
Cytochrome
Fd
Pc
Thể
tiếp nhận
Fd
NADP+
reductase
NADPH
NADP+
+ H+
3/29/2010
8
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Light
Fd
Phức hệ
Cytochrome
ADP
+ 
i H+
ATP
P
ATP
synthase
Đến
chu trình
Calvin
STROMA
(nồng độ H+ thấp)
Màng
Thylakoid
XOANG THYLAKOID 
(nồng độ H+ cao)
STROMA
(nồng độ H+ thấp)
Hệ thống quang II Hệ thống quang I
4 H+
4 H+
Pq
Pc
Light
NADP+
reductase
NADP+ + H+
NADPH
+2 H+
H2O
O2
e–
e–
1/21
2
3
Sự tổng hợp ATP và NADPH
Bùi Tấn Anh © CanTho University
So sánh sự hóa thẩm thấu trong lục lạp và ty thể
• Nguồn năng lượng
• Hướng bơm proton
• Đường đi của điện tử
(xem giáo trình trang 76)
Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Pha tối : Chu trình Calvin
• Carbon đi vào chu trình dưới dạng CO2 và ra khỏi 
chu trình ở dạng glyceraldehyde-3-phospate 
(G3P)
• Để tổng hợp 1 G3P, chu trình phải thực hiện 3 lần, 
cố định 3 phân tử CO2
• Chu trình Calvin gồm ba giai đoạn:
– Cố định CO2 (xúc tác bởi enzyme rubisco)
– Chuyển hóa CO2
– Tái taoh chất nhận CO2 (RuBP)
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Ribulose bisphosphate
(RuBP)
3-Phosphoglycerate 
Short-lived
intermediate
Gđ 1: Cố định CO2
(Mỗi lần 
1 phân tử)
Rubisco
Đi vào
CO2
P
3 6
3
3
P
PPP
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Ribulose bisphosphate
(RuBP)
3-Phosphoglycerate 
Short-lived
intermediate
Rubisco
P
3 6
3 P
PPP
ATP6
6 ADP
P P6
1,3-Bisphosphoglycerate
6
P
P6
6
6 NADP+
NADPH
i
Gđ 2:
Khử
Glyceraldehyde-3-phosphate
(G3P)
1 P
Đầu ra G3P
(a sugar)
Glucose và các 
hợpchất hữu cơ
khác
Calvin
Cycle
Gđ 1: Cố định CO2
(Mỗi lần 
1 phân tử)
Đầu vào
CO2
3
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Ribulose bisphosphate
(RuBP)
3-Phosphoglycerate 
Short-lived
intermediate
Rubisco
P
3 6
3 P
PPP
ATP6
6 ADP
P P6
1,3-Bisphosphoglycerate
6
P
P6
6
6 NADP+
NADPH
i
Glyceraldehyde-3-phosphate
(G3P)
1 P
Output G3P
(a sugar)
Calvin
Cycle
3
3 ADP
ATP
5 P
Gđ 3:
Tái tạo chất nhận
CO2 (RuBP)
G3P
Gđ 1: Cố định CO2
(Mỗi lần 
1 phân tử)
Đi vào
CO2
3
Gđ 2:
Khử
Glucose và các 
hợpchất hữu cơ
khác
3/29/2010
9
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Quang hợp ở cây C4 và CAM
• Sự thoát hơi nước luôn là một vấn đề đối với thực 
vật, đôi khi cần phải được bù đắp bởi các quá trình 
trao đổi chất khác, đặc biệt là sự quang hợp
• Vào những ngảy khô, nóng, cây thường đóng các 
khí khẩu để tránh mất nước. Điều này làm hạn chế 
sự quang hợp.
• Sự đóng khí khẩu làm giảm lượng CO2 và làm tăng 
lượng O2 gây ra một quá trình lãng phí gọi là quang 
hô hấp (photorespiration)
Bùi Tấn Anh © CanTho University
• Ở hầu hết các cây (cây C3 ), sự cố định CO2 nhờ 
enzyme rubisco sẽ tạo ra hợp chất 3 carbon
• Trong sự quang hô hấp, rubisco sẽ gắn với O2 thay 
vì CO2
• Do đó chúng tiêu thụ O2 và các nguyên liệu hữu cơ 
mà không tạo ra ATP hoặc đường
Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Cây C4
• Các cây C4 làm giảm thiểu sự quang hô hấp bằng cách 
cố định CO2 thành một hợp chất 4 carbon trữ trong các 
tế bào lục mô
• Bước này cần có sự tham gia của enzyme PEP 
carboxylase
• PEP carboxylase có ái lực cao đối với CO2 so với 
rubisco nên nó có thể cố định CO2 cả khi nồng độ CO2
rất thấp
• Những hợp chất 4 carbon được chuyển vào các tế bào 
bao bó mạch. Tại đây chúng phóng thích CO2 để đưa 
vào chu trình Calvin
Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings Bùi Tấn Anh © CanTho University
Khí khẩu
Lá cây C4
Bộ máy 
quang hợp
ở cây C4
Bó mạch
(mô dẫn truyền)
Tê bào
bao
bó mạch
Tê bào lục mô
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Đường
CO2
TB bao
bó mạch
ATP
ADP
Oxaloacetate (4C) PEP (3C)
PEP carboxylase
Malate (4C)
Tế bào
Lục mô
CO2
CT
Calvin
Pyruvate (3C)
Mô
Dẫn truyền
Bùi Tấn Anh © CanTho University
Cây CAM
• Một số cây thuộc họ Thuốc bỏng (Crassulaceae), họ 
Khóm (Bromeliaceae) cố định carbon bằng con 
đường chuyển hóa CAM (crassulacean acid 
metabolism )
• Các cây CAM đóng khí khẩu suốt ban ngày và chỉ 
mở vào ban đêm.
– Ban đêm khi khí khẩu mở, CO2 được cố định thành 
một acid hữu cơ
– Ban ngày khi khí khẩu đóng, CO2 được phóng thích 
từ acid hữu cơ và được dùng cho chu trình Calvin
Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
3/29/2010
10
Bùi Tấn Anh © CanTho University
CO2
Mía đường
Tế bào
Lục mô
CO2
C4
TB bao
Bó mạch
Acid hữu cơ
phóng thích 
CO2 vào CT 
Calvin 
Cố định CO2
thành acid 
hữu cơ
4 carbon
Khóm
Ban đêm
Ban ngày
CAM
ĐườngĐường
CT
Calvin
CT 
Calvin
Acid hữu cơ Acid hữu cơ
CO2 CO2
1
2