Chương 2: Trao đổi chất và năng lượng sinh học

Please purchase a personal license. Chương 2. Trao đổi chất và năng lượng sinh học NỘI DUNG 1. Sự trao đổi chất và thông tin qua màng 1.1 Sự vận chuyển chất qua màng 1.2 Sự trao đổi thông tin qua màng 2. Sự trao đổi năng lượng của tế bào 2.1 Năng lượng tự do và năng lượng hoạt hóa 2.2 Oxy hóa khử sinh học và Thế oxy hóa khử 2.3 Enzim 2.4 Sự tổng hợp ATP 3.Hô hấp tế bào 3.1 Khái niệm 3.2 Sự đường phân 3.3 Các quá trình lên men 3.4 Hô hấp hiếu khí 4 Quang hợp 4.1 Tổng quan 4.2 Hệ quang hóa-Sự vận chuyển điện tử trong quang hợp 4.3 Chu trình C3 4 Chu trình C4 Khái niệm
Trao đổi chất: Là quá trình phân giải & tổng hợp các chất trong thành phần của TB. Tập hợp các phản ứng hoá học diễn ra trong cơ thể sống (TB); đảm bảo cho sự sinh trưởng, sinh sản & các h/đ sống của TB.
Trao đổi năng lượng. Sự chuyển hoá Q từ dạng này sang dạng khác
Sự dị hoá: Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ (phức tạp đơn giản); thải năng lượng.
Sự đồng hoá: Quá trình xây dựng cấu trúc & các chất (phân tử hợp chất);thu năng lượng.
Đồng hoá tự dưỡng & đồng hoá di dưỡng 1. Sự trao đổi chất qua màng tế bào 1.1 Sự vận chuyển các chất qua màng a. Sự vận chuyển chất qua màng theo con đường khuếch tán:  Chất được v/c qua màng theo quy luật vật lý, hóa học;không tiêu tốn năng lượng;tốc độ phụ thuộc tổng Gradien giữa hai phía của màng.  2 cơ chế:  Khuêch tán đơn giản  Khuếch tán liên hợp  Khuếch tán đơn giản:
Qua màng lipit: V/C các chất có kích thước nhỏ, không tích điện, tan trong lipit.
Qua kênh protein: Là Pr xuyên màng, chứa nước, đk: 0,8nm. 2 loại kênh: loại luôn mở + loại lúc đóng lúc mở (mở khi được kích thích) 1.1 Sự vận chuyển các chất qua màng a. Sự vận chuyển chất qua màng theo con đường khuếch tán  Khuếch tán liên hợp (khuếch tán nhanh): vc chất nhờ chất mang
Chất mang: Là Pr màng, có khu vực ĐB để kết hợp và hđ, mang tính đặc hiệu
Hoạt động: Pr mang + chất cần vận chuyển-> phức hợp; Phức hợp sang phía bên kia của màng: gp chất cần vc,Pr mang quay lại tgia chu trình mới A + X -> AX -> X + A A: Chất cần vận chuyển X: Protein mang -> Có hiện tượng bão hoà: Khi toàn bộ Pr mang hđ -> tốc độ vc đạt tối đa, bị giới hạn về tốc độ 1.1 Sự vận chuyển các chất qua màng a. Sự vận chuyển chất qua màng theo con đường khuếch tán 1.1 Sự vận chuyển các chất qua màng b. Sự vận chuyển chủ động các chất qua màng (Tích cực):
Định nghĩa: Là sự v/c các chất qua màng thông qua kênh hoặc chất mang ngược với gradient và có tiêu thụ năng  Bơm ion Na+- K+ (Na+_ K+ ATPaza):
Là tổ hợp Pr xuyên màng, làm nvụ duy trì sự chênh lệch nồng độ Na+, K+ giữa 2 phía của màng (Na+ ngoài > trong; K+ ngược lại)
Hđộng: Bơm hđ liên tục, cứ tiêu tốn 1ATP, bơm đẩy 3 Na+ ra ngoài và hút 2 K+ vào trong TB 1.1 Sự vận chuyển các chất qua màng b. Sự vận chuyển chủ động các chất qua màng (Tích cực):  Bơm proton: Phân bố: màng trong ty thể, màng tylacoit. Gồm 2 kênh proton chuyên hoá xuyên màng.
Kênh 1: Bơm chủ động H+, tạo chênh lệch [H+] giữa 2 phía của màng, có tiêu tốn NL.
Kênh 2: Cho H+ khuếch tán trở lại theo chiều gradient; tổng hợp ATP.  Kênh liên kết: Chất v/c (a.amin, đường), l/k với ion (Na) – có lợi thế về dốc nồng độ theo phương thức đồng chuyển 1.2 Sự trao đổi thông tin qua màng  Tb có kn đáp ứng với tđ môi trường nhờ màng Tb thu nhận các tín hiệu nhờ các thụ quan màng  Thông tin: dạng tín hiệu hoá học  Thụ quan màng: Protein xuyên màng. Đầu ngoài lk đặc trưng với f.tử tín hiệu, gây ra sự biến đổi đầu trong làm phát động những hiệu quả sinh lý của tế bào (kích hoạt Enzym, hoạt hoá gen) 2. Năng lượng và sự trao đổi chất của tế bào 2.1. Năng lượng tự do và năng lượng hoạt hóa a. Năng lượng tự do:  Là năng lượng có ích, có thể dùng để sinh ra công trong điều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp. Đây là năng lượng tạo ra lực liên kết hoá học giữa các chất, cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào, cơ . b. Năng lượng hoạt hóa:
Năng lượng tối thiểu cần thiết để phản ứng hóa học xảy ra, là hàng rào năng lượng.
Phản ứng toả nhiệt năng lượng hoạt hoá đòi hỏi ít
Phản ứng thu nhiệt năng lượng hoạt hoá cần nhiều hơn 2.2. Oxy hoá-khử & Thế Oxy hoá sinh học a. Oxy hóa khử: - F ư oxh là f ư cho e, chất cho là chất khử. - F ư khử là f ư nhận e, chất nhận e là chất oxh Hai phản ứng này luôn đi kèm cùng nhau gọi là phản ứng oxy hoá khử. Ví dụ: H2 → 2 H+ + 2e- (phản ứng oxy hoá) ½ O2 + 2e- → O2- (phản ứng khử) ────────────── H2 + ½ O2 →2 H+ +O2-→ H2O (pư oxh-kh) -> Như vậy, thực chất phản ứng oxy hoá khử là sự vận chuyển điện tử từ hệ oxy hoá khử này đến hệ oxy hoá khử khác - Trong hệ thống sống quá trình hô hấp tế bào, quá trình quang hợp diễn ra bằng nhiều phản ứng oxy hoá khử kế tiếp nhau, chúng quan hệ với nhau gọi là sự oxy hoá khử sinh học. b. Thế oxy hoá khử (E): • Thế oxy hoá khử (E) của mỗi chất là ái lực đối với điện tử của chất đó • E có tính ái điện tử thấp, có xu hướng nhường điện tử; • E>0 -> có tính ái điện tử cao, có xu hướng nhận điện tử. • Sự truyền điện tử từ hệ oxy hoá khử có E<0 đến hệ oxy hoá khử có E>0 diễn ra tự phát và thải năng lượng, ngược lại thu năng lượng. Thế oxy hoá khử chuẩn sinh học (Eo’): Là E đo trong điều kiện chuẩn sinh học (25oC, 1at, pH=7, 1mol/l) Ví dụ: Eo’(H2/2H+) = - 0,42V; Eo’(O2-/1/2O2) = + 0,81V; Eo’(Fe2+/Fe3+) = + 0,77V . 2.2. Oxy hoá-khử & Thế Oxy hoá khử sinh học 3.2. Oxy hoá-khử & Thế Oxy hoá khử sinh học b. Thế oxy hoá khử (E): Sự biến đổi năng lượng tự do trong phản ứng oxy hoá khử ở điều kiện chuẩn sinh học (∆Go’) Ý nghĩa • Thông qua các phản ứng oxy hoá khử trong hô hấp tế bào và quang hợp, điện tử được chuyển từ phân tử này sang phân tử khác và qua đó năng lượng được dẫn truyền giữa các phân tử.Như vậy, phản ứng oxy hoá khử đóng vai trò chủ yếu trong dòng năng lượng qua các hệ sinh học. ∆Go’= - ∆Eo’. n . F ∆Go’: sự biến đổi NLTD ∆Eo’: hiệu thế oxy hoá khử của 2 hệ N: số điện tử được chuyển/mol F: số Faraday 96500cu/mol 2.3. Vận chuyển điện tử trong hô hấp tế bào - Quá trình truyền điện tử được thực hiện bằng nhiều phản ứng oxy hoá khử kế tiếp nhau (sự oxy hoá khử sinh học) - Một số chất vừa vận chuyển điện tử vừa vận chuyển H+: coenzim Q (CoQ) và các Xitocrom - Xếp theo thứ tự tăng dần của thế oxy hoá khử: từ - 0,32V(NADH/NAD+) đến + 0,81V (O2-/1/2O2). -> giải phóng năng lượng. - Quá trình vận chuyển điện tử hợp diễn với phản ứng photphoryl hoá. Năng lượng giải phóng ra trong các phản ứng truyền điện được nạp vào liên kết cao năng. Toàn bộ quá trình tạo được 3 ATP từ ADP Sơ đồ vận chuyển điện tử 3.4. Enzym a. Định nghĩa: Enzym là chất xúc tác sinh học, có b/c protein, nó làm giảm NL hoạt hóa của f ư
Tên gọi: Cơ chất hoặc kiểu f.ưng + đuôi aza b. Cấu tạo: Bản chất là protein, có cấu trúc bậc 1,2,3 và bậc 4. Mỗi loại enzim có cấu trúc không gian đặc thù riêng, có trung tâm hoạt động - là vị trí liên kết với cơ chất. 3.4. Enzym b. Cấu tạo: Chia 2 nhóm: Enzim đơn giản và enzim phức tạp • Enzimđơn giản: chỉ chứa thành phần protein (enzim một thành phần). • Enzim phức tạp (E 2 thành phần- Holoenzym): gồm 2 thành phần: protein (apoenzym) và phi protein (cofactor) Cofactor: là chất vô cơ (Fe, Cu, Mn, Ca, Zn) hoặc là chất hữu cơ (Coenzim: VD vitamin) -> liên kết với apoenzim khi hđ. Apoenzim - quy định tính đặc hiệu của enzim Cofactor - làm tăng hoạt tính xúc tác của enzim. 3.4. Enzym c. Cơ chế h/đ Nguyên tắc: E làm giảm NLHH của phản ứng -> tăng tốc độ của phản ứng. Các bước: • Cơ chất (S) lk với trung tâm hoạt động của enzim (E), tạo phức trung gian ES • Trên cơ sở tạo phức trung gian, E tiếp xúc trực tiếp với các lk của cơ chất làm méo mó các liên kết của cơ chất-> cần ít NL để phá vỡ (cơ chất được hoạt hoá) • Pư hoá học diễn ra trên cơ chất đã hoạt hoá, tạo sản phẩm (P) và giải phóng enzim (E). Sơ đồ: E + S ↔ ES ↔ ES* ↔ E + P 3.4. Enzym c. Cơ chế h/đ - Để tạo phức trung gian ES phải có sự phù hợp giữa Enzim và cơ chất -> 2 giả thuyết: Thuyết ổ khoá-chìa khoá: Enym gắn với cơ chất như chìa khóa gắn khít với ổ khóa Thuyết cảm ứng: TTHĐ linh động hơn ổ khóa. Khi có cơ chất phù hợp nó sẽ cảm ứng, thay đổi cấu hình cho phù hợp với cơ E + S ES P1 + P2 + E 3.4. Enzym d. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim  Nồng độ enzim: Trong điều kiện dư thừa cơ chất, nếu tăng nồng độ enzim tốc độ phản ứng tăng → phụ thuộc tuyến tính giữa tốc độ phản ứng và nồng độ enzim v = k. [E] v là tốc độ phản ứng k là hằng số xúc tác của enzim [E] là nồng độ enzim 3.4. Enzym d. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim  Nồng độ cơ chất Với nồng độ enzim không dổi. Khi tăng nồng độ cơ chất từ thấp đến cao thì ban đầu tốc độ phản ứng tăng nhanh sau chậm dần rồi không tăng nữa. Khi đó, tốc độ phản ứng đạt tối đa (Vmax), tất cả các phân tử enzim đã bão hoà cơ chất. Tốc độ phản ứng phụ thuộc:Vm và Km. Vm.[S] v = ─────── Km+[S] • Km (hằng số Michealis : nồng độ cơ chất cho phép enzim đạt tốc độ xúc tác bằng ½ tốc độ tối đa. • Vm: tốc độ tối đa của phản ứng • V: tốc độ phản ứng • [S]:nồng độ cơ chất  Chất kìm hãm cạnh tranh:  Là những chất có cấu trúc hoá học và hình dạng tương tự cơ chất của phản ứng.  Cạnh tranh với cơ chất để chiếm TTHĐ của enzim, làm hoạt động xúc tác của enzim chậm lại 3.4. Enzym d. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim 3.4. Enzym d. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim  Chất kìm hãm không cạnh tranh:  Những chất này không chiếm TTHĐ mà kết hợp với vị trí dị lập thể của enzim. -> làm thay đổi cấu hình của TTHĐ, cơ chất khó kết hợp với enzim→ tốc độ phản ứng giảm. Những enzim ngoài TTHĐ còn có vị trí dị lập thể cho chất ức chế hoặc chất điều hoà liên kết gọi là enzim dị lập thể. 3.4. Enzym d. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim  Nhiệt độ Trong giới hạn nhiệt độ mà enzim không bị biến tính, nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng. Mỗi khi nhiệt độ tăng lên 100C, tốc độ phản ứng tăng từ 1,5 – 3 lần, do tần số va chạm tăng cao. Đa số enzim nhiệt độ thích hợp là 350C- 400C, thường trên 700C enzim bị mất hoạt tính. Ở 00C hoặc thấp hơn hoạt tính của enzim giảm, nhưng có thể phục hồi khi đưa về nhiệt độ thích hợp. 3.4. Enzym d. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim  Độ pH Đa số enzim hoạt động tốt ở độ pH xung quanh vùng trung tính. Độ pH không thích hợp sẽ làm giảm tốc độ của phản ứng do ảnh hưởng đến cấu hình của enzim và sự ion hoá của cơ chất 3.4. Enzym e. Tính chất của enzyme - Xúc tác nhanh các phản ứng hóa học - Đặc hiệu: - Đặc hiệu cơ chất - Đặc hiệu kiểu phản ứng 2.5. Sự tổng hợp ATP a- ATP (Adenosin triphosphat)  ATP có 2 l/k cao năng ở nhóm ngoài (∆G= -7,3 Kcal) dễ bị thuỷ phân, giải phóng Q.  Chu trình phân giải và tổng hợp ATP ATP + H2O ADP + Pi + 7,3Kcal
ATP được tổng hợp bởi các f.ứng Phosphoryl hoá
Cơ chế hoá thấm ở màng trong Ty thể & màng túi Thylacoit b-Tổng hợp ATP ở màng trong ty thể Cơ chế hoá thấm: ATP được tổng hợp do chênh H+nhờ bơm từ trong ra ngoài màng trong bởi sự v/c e-
Gđ1: Tạo gradient điện hoá của H+ qua màng
NADH+H+ và FADH2 được tạo ra trong xoang ty thể, mạng H+ và e- tới hệ truyền điện tử ở màng trong ty thể
Điện tử được vận chuyển từ mức năng lưọng cao đến mức năng lượng thấp -> giải phóng NL
NL dúng để bơm H+: chất nền -> ngăn ngoài nhờ kênh Proton 1 -> gradient hoá điện xuyên màng
Gđ2: Tổng hợp ATP
Khi xuất hiện gradient điện hoá của H+ qua màng trong, H+ khuếch tán xuôi theo gradient qua kênh Proton 2 vào trong chất nền, giải phóng NL, ATP được tổng hợp từ ADP và Pi nhờ sự có mặt của E ATP synthetaza trên kênh proton 2. Tổng hợp ATP Tổng hợp ATP (So sánh) 3. Hô hấp tế bào 3.1. Khái quát
H2 tế bào là q.trình oxy hoá các chất hữu cơ và giải phóng năng lượng tích luỹ trong đó.Cơ chất bị oxy hoá dần và hoàn toàn.
Hô hấp kỵ khí (Lên men): Q.trình xảy ra không hoàn toàn, ko có sự tgia của O2, s.fẩm là chất hữu cơ
Gồm 2gđ: Đường phân, lên men
Hô hấp hiếu khí: Cơ chất được fân giải hoàn toàn nhờ O2, toàn bộ Q được giải phóng.
Các gđ: Đường phân, oxy hoá Pyruvat, chu trình Krep C6H12O6 + 6H2O 6CO2 + 12H2+ 12H2+ + 6O2 12H2O C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O ∆G’0=-2875Kjul/mol C2H5OH + H2O CH3COOH + 2H2 + 2H2 + + O2 2H2O C2H5OH + O2 CH3COOH + H2O ∆G’0=-455Kjul/mol b. Sự Đường phân (Glycolysis)  Đặc điểm: • Gđ đầu của hh Glucozơ • Xảy ra trong TBC • Không có O2 tham gia • Biến đổi 1 Glucoza thành 2 f.tử Pyruvat • Q được giải phóng ở dạng ATP b. Sự Đường phân (Glycolysis)  Diễn biến: 2 gđ + Gđ chuẩn bị: (Pha đầu tư năng lượng). • TB sử dụng 2 ATP trong f.ứng phosphoryl hoá tạo Fructozo1,6 di P
Glucoza + ATP -> Fructozo-6P + ADP
Fructozo-6P + ATP -> Fructozo1,6 di P + ADP b. Sự Đường phân (Glycolysis)  Diễn biến: 2 gđ + Gđ fân giải (Pha giải phóng năng lượng): ATP được tạo thành theo cách bản thể (sự phosphoryl hoá cơ chất).
Fructozo1,6 di P-> 2 PGAL (Photpho Glyceraldehyt)
2PGAL + 2NAD+ + 2Pi + 2ADP -> 2APG (photphoglixeric) + 2NADH+H+ + 2ATP
2APG + 2ADP -> 2APR (axit Pyruvic) + 2 ATP * Sản phẩm: 2 Pyruvic, 2 NADH+H+, 2ATP c. Chu trình Kreb (Hô hấp hiếu khí)  Đặc điểm: • Xảy ra trong đ/k có O2 ở trong ty thể.
Mỗi Pyruvat từ đường fân bị oxy hoá hoàn toàn và g.fóng toàn bộ Q.
GĐ1:Oxy hoá Pyruvat. Pyruvat bị biến đổi thành Acetyl CoA, CO2 được tách ra, H+ chuyển tới NAD+ ---> NADH+H+.
GĐ2: Oxy hoá Acetyl CoA (C.trình Kreb) Gốc Acetyl kết hợp với Oxaloacetat (C4) tạo thành Citrat (C6); sau đó bị khử C để tái tạo Oxaloacetat khép kín chu trình. Tổng kết chu trình Krep Cứ một phân tử Axetyl CoA đi vào chu trình cho các sp sau: • 2 CO2 được tách ra • Tạo 4 Coenzim khử: 3NADH+H+, 1FADH2 • 1ATP ở mức cơ chất Tổng kết NL của hô hấp hiếu khí (Phân giải hoàn toàn 1 ptử Glucozơ) Gđ đường phân: 2ATP, 2 NADH+H+, 2Pyruvat Oxy hoá Pyruvat: 2NADH+H+, 2 Axetyl-CoA Chu trình Krep: 6NADH+H+, 2FADH2, 2ATP Cứ 1NADH+H+ đến màng trong ty thể thì ttổng hợp được 3 ATP, 1 FADH2 t.hợp được 2 ATP Vậy: 10NADH+H+ ->30ATP 2FADH2 -> 4ATP Tổng hợp mức cơ chất -> 4ATP -> Tổng: 38ATP CO2 e. Sự lên men (Hô hấp kỵ khí)  Đ2: F.giải Glu. Trong đ/k thiếu O2. Các f.ứng ngừng khi chất nhận đã thành dạng khử (Thiếu O2 làm chất nhận e- cuối)  Lên men rượu: Xảy ra ở nấm men, TB thực vật
Bước 1: Axit Pyruvic bị khử nhóm cacboxyl thành Axetaldehyt CH3COCOOH - > CO2 + CH3CHO
Bước 2: Axetaldehyt bị khử bởi NADH+H+ thành rượu Etylic và tái sinh NAD+ CH3CHO + NADH+H+ -> CH3CH2OH Kết quả: - Từ 1 Glucozơ cho 2 rượu Etylic, 2 CO2, 2ATP, phần lớn Q còn ở sản phẩm, một số ít được g.fóng ở dạng nhiệt.
Ý nghĩa:
Cung cấp NL cho tế bào trong đk ko có O2
Cung cấp nhiệt sưởi ấm cho TB
ƯD: sxuất bia, rượu Lên men r
u Lên men r
u Lên men axit lactic • Xảy ra ở Vkhuẩn, TB động vật trong đk thiếu O2 • 1 Pyruvic bị khử bởi NADH+H+ thành 1 axit lactic, tái tạo NAD+ CH3COCOOH +NADH+H+ -> CH3CHOHCOOH
Sản phẩm: Từ 1 glucose cho 2 axit lactic, 2 ATP và NL dưới dạng nhiệt
Ý nghĩa:
Cung cấp NL cho tế bào trong đk ko có O2
Cung cấp nhiệt sưởi ấm cho TB
ƯD: sữa chua, muối dưa cà
TB động vật (thiếu O2) tạo a.lactic, sau đó chuyển về gan biến đổi thành pyruvat; nếu O2 được cung cấp kịp thời sẽ biến đổi thành pyruvat và đi vào chu trình Kreb. Lên men axit lactic Lên men axit lactic 4. Quang hợp 4.1. Tổng quan. - Định nghĩa: QH là QT tổng hợp chc nhờ NL ánh sáng do các sắc tố QH, hay là quá trình chuyển hoá quang năng thành hoá năng trong chc - Bản chất của quang hợp là quá trình khử CO2 thành CH2O, nguồn e- dùng để khử lấy từ H2O Phương trình tổng quát: Ánh sáng 6 CO2 + 6 H2O ---------→ Sắc tố quang hợp C6H12O6 + 6 O2 - Toàn bộ quá trình chia làm 2 pha: pha sáng và pha tối 12 H2O 12H2 + + 6O2 + ATP 6CO2 +12H2 + + ATP C6H12O6 + 6H2O 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 ∆G’0=+2875 Kjul/mol  Pha sáng: gồm các pư liên quan trực tiếp với ánh sáng, xảy ra ở màng thylacoit NLAS được các sắc tố quang hợp hấp thụ thực hiện phản ứng quang hoá làm bật điện tử từ trung tâm phản ứng đi vào hệ truyền điện tử. Phân ly H2O: giải phóng O2, cung cấp e- cho hệ truyền điện tử, H+ cho hoá thấm và để khử tạo NADPH+H+ Kết quả của sự vận chuyển điện tử: tạo coenzim khử NADPH+H+, giải phóng năng lượng tổng hợp ATP bằng hoá thấm. Sản phẩm của pha sáng: ATP, NADPH+H+, O2; trong đó ATP và NADPH+H+ được dùng cho các phản ứng pha tối, O2 giải phóng ra môi trường. 4. Quang hợp 4.1. Tổng quan  Pha tối: Bao gồm các phản ứng không phụ thuộc trực tiếp vào ánh sáng, chỉ sử dụng những sản phẩm của pha sáng, xảy ra trong chất nền của lục lạp. Sử dụng ATP và NADPH+H+ để khử CO2 thành CH2O, tổng hợp hydratcacbon Phương trình tổng quát 6 CO2 + 12 NADPH+H+ + 18 ATP → C6H12O6 + 12NADP+ + 6 H2O + 18 (ADP + Pi) 4. Quang hợp 4.1. Tổng quan 4.2. Hệ quang hoá-Sự vận chuyển điện tử trong QH a. Đặc điểm chung
Hệ quang hóa: Hệ gồm các protein và phức hệ sắc tố quang hợp nằm trên màng túi Thylacoit. Sắc tố thu và sắc tố trung tâm
Hệ I (PSI): Clorofill a1 (P700) ở trung tâm, dễ bị kích thích,
Hệ II (PSII): Clorofill a2 (P680) ở trung tâm, nhiều Clob hơn.
Năng lượng được truyền tới trung tâm f.ứng-thực hiện các q.trình oxy hoá khử 4.2. Hệ quang hoá-Sự vận chuyển điện tử trong QH b. Quang vận chuyển điện tử thẳng Điện tử được vận chuyển trong cả 2 hệ quang hợp I và II, có quang phân ly nước. Ở PSII: sắc tố QH thu nhận NLAS và chuyển về sắc tố trung tâm P680 -> kích thích -> e- dc được nâng lên mức NL cao, bật ra khỏi phân tử sắc tố -> chất nhận đầu tiên -> plastoquinon→ xitocrom b → xitocrom f → plastocianin và chuyển cho P700. e- ở (P680) được bù từ quang phân ly nước. 4.2. Hệ quang hoá-Sự vận chuyển điện tử trong QH b. Quang vận chuyển điện tử thẳng Ở PSI: Các sắc tố QH hấp thu NLAS, P700 ở trạng thái kích thích, e- được nâng lên mức NL cao→ bật ra khỏi trung tâm pư và được tiếp nhận bởi chất nhận điện tử đầu tiên của PSI, sau đó điện tử chuyển cho Fd→ NADP+ tạo NADPH+H+. Điện tử bù cho P700 được chuyển từ PSII sang. Toàn bộ quá trình này có 2 lần điện tử được nâng lên mức năng lượng cao nhờ năng lượng AS, khâu giữa điện tử về trạng thái ban đầu (thải năng lượng tạo ATP). Có quang phân ly nước (H2O → 2H+ + 1/2O2 + 2e). Hình thành coenzim khử NADPH+H+ ( NADP+ + 2H+ +2e → NADPH+H+) Sản phẩm của quá trình là: O2, NADPH+H+, ATP. 4.2. Hệ quang hoá-Sự vận chuyển điện tử trong QH c. Quang vận chuyển điện tử vòng Điện tử được vận chuyển trong hệ quang hợp I (PSI), không có quang phân ly nước Từ P700 (PSI) điện tử được nâng lên mức năng lượng cao nhờ năng lượng AS, bật ra khỏi phân tử sắc tố chuyển đến chất nhận đầu tiên của hệ quang hợp I, sau đó chuyển cho Feredoxin→ phức hệ xitocrom → plastocianin rồi lại trở về P700. Trong quá trình này khi điện tử trở về mức năng lượng ban đầu, năng lượng giải phóng ra dùng để tổng hợp ATP. Sản phẩm duy nhất của quá trình là ATP, không có quang phân ly nước, không tạo ra NADPH+H+. Vì vậy, quá trình quang photphoryl hoá vòng được sử dụng để tạo thêm ATP. ee ee 4.3. Chu trình Calvin (Chu trình C3) Chất nhận CO2 đầu tiên là Ribulozo Diphotphat (RuDP), sp đầu tiên là axit photphoglyxeric (APG) có 3C. 3 gđ: Gđ1 = gđ cacboxyl hoá: CO2 kết hợp với đường 5C RuDP-> 2 APG, nhờ xúc tác của enzim RuDPcacboxylaza. Gđ2 = gđ khử: APG được khử thành 3Photphoglyxeraldehit (PGAL) với sự tham gia của NADPH+H+ và ATP. Gđ3 = gđ tái tạo: pt PGAL với sự tham gia của ATP, qua một loạt phản ứng tái tạo lại đường RuDP, khép kín chu trình. Ở cuối giai đoạn 2: Cứ 2 phân tử PGAL thứ 6 đi ra khỏi chu trình, tổng hợp được 1 phân tử Glucozơ (6C) 6CO 2 6 C 5 ( RuDP) 6 C 6 12 C 3 (P.G.A) Pha Caboxyl ho¸ 6ADP + Pi Pha khö 12(NADPH+H+) + 12 ATP 6ATP Pha t¸i sinh 12NADP++ 12 ADP +12 Pi 10 C 3 12 C 3 (G 3 P) 2 C 3 C 6 (Fructozo 1-6 diP) Hexoza 4.4. Chu trình Hatch-Slack (Chu trình C4) Là chu trình cố định CO2 gặp ở thực vật nhiệt đới và cận nhiệt đới Dễn ra ở 2 loại tế bào: tế bào thịt lá và tế bào bọc mạch Giai đoạn Cacboxyl hoá: CO2 vào tế bào thịt lá chuyển thành HCO3- , kết hợp với photphoenol pyruvat (PEP) có 3C, tạo thành oxaloaxetat có 4C là chất không ổn định. Giai đoạn khử: oxaloaxetat được khử bởi NADPH+H+ tạo thành Malat (4C) là chất ổn định, Malat đi vào tế bào bọc mạch. Giai đoạn tái tạo: Malat bị decacboxyl hoá và oxy hoá tạo pyruvat, CO2 , NADPH+H+ . Trong đó pyruvat quay về tế bào thịt lá tái tạo lại PEP với sự tham gia của ATP, khép kín chu trình. Còn NADPH+H+ và CO2 đi vào chu trình C3 tạo C6H12O6. 4.4. Chu trình Hatch-Slack (Chu trình C4) 4.4. Chu trình Hatch-Slack (Chu trình C4) So sánh 2 chu trình C3 và C4. Chu trình C3 phổ biến ở thực vật, tiến hành trên 1 loại tế bào, sử dụng năng lượng hiệu quả hơn. Chu trình C4 ở thục vật nhiệt đới và cận nhiệt đới, tiến hành trên 2 loại tế bào khác nhau, sử dụng năng lượng nhiều hơn. Hiệu suất quang hợp của chu trình C4 cao hơn C3 do giai đoạn cacboxyl hoá hoạt động mạnh hơn. CO2 cố định trong C6H12O6 ở chu trình C4 là CO2 tái tạo