Bài 17. Quang tổng hợp và hóa tổng hợp

I. QUANG TỔNG HỢP (QUANG HỢP)

1. Khái niệm

- Quang hợp là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ từ các nguyên liệu vô cơ. Trong sinh giới, chỉ có thực vật, tảo và một số vi khuẩn có khả năng quang hợp.

- Phương trình tổng quát:

CO2 + H2O + Năng lượng ánh sáng → (CH2O) + O2

2. Sắc tố quang hợp

- Là các phân tử hữu cơ có khả năng hấp thụ ánh sáng.

- Có 3 nhóm sắc tố: chlorophyll (diệp lục - sắc tố chính), carotenoit (sắc tố vàng, da cam, hay tím đỏ - sắc tố phụ) và phycobilin ở thực vật bậc thấp. Vi khuẩn quang hợp chỉ có chlorophyll.

- Đặc điểm: thực vật sống ở môi trường khác nhau có màu sắc khác nhau do tỉ lệ các chất sắc tố khác nhau.

- Sắc tố quang hợp hấp thụ ánh sáng mạnh nhất ở miền đỏ, xanh tím. Diệp lục có khả năng hấp thu ánh sáng co chon lọc, tham gia trực tiếp trong các phản ứng quang hóa. Các sắc tố phụ hấp thu khoảng 10-20% tổng năng lượng do lá cây hấp thu được. Khi cường độ ánh sáng quá cao, các sắc tố phụ có tác dụng bảo vệ diệp lục khỏi bị phân hủy.

3. Cơ chế quang hợp

Quá trình quang hợp được chia thành 2 pha: Pha sáng cần ánh sáng (chỉ diễn ra khi có ánh sáng) và Pha tối không cần ánh sáng (có thể diễn ra cả khi có ánh sáng và cả khi không có ánh sáng).

a. Pha sáng

- Nơi xảy ra : trên màng tilacôit

- Nguyên liệu : H2O, ADP, NADP+, ánh sáng.

- Sản phẩm tạo thành: O2, NADPH, ATP.

- Cơ chế : Gồm 2 giai đoạn

+ Biến đổi quang lí : diệp hấp thu năng lượng ánh sáng trở thành dạng kích động electron.

+ Biến đổi quang hóa : Diệp lục truyền năng lượng cho các chất nhận trung gian để sử dụng: tổng hợp ATP, quang phân li H2O tạo ra O2, hình thành NADPH.

Sơ đồ tóm tắt pha sáng:

                                                                      Sắc tố quang hợp

Ánh sáng + H₂O + NADP⁺ + ADP+ P_vc     NADPH + ATP + O₂

b. Pha tối

- Nơi xảy ra: Chất nền lục lạp (strôma).

- Nguyên liệu: CO₂, ATP, NADPH.

- Sản phẩm tạo thành: CH₂O

- Cơ chế: Xảy ra theo chu trình Canvin (con đường C₃) gồm 3 giai đoạn

+ Cố định CO₂: CO₂ + RiDP → Hợp chất 6C → APG (3C)

                                                                                                                Sắc tố quang hợp

+ Khử APG: APG (3C) → AlPG (3C)

+ Tái sinh chất nhận và tổng hợp cacbohidrat:

          AlPG (3C) → RiDP (5C)

           AlPG (3C) → C₆H₁₂O₆ (glucôzơ)

- Từ glucôzơ thông qua quá trình hô hấp sẽ tạo ra các axit hữu cơ, từ đó tổng hợp nên các chất khác như protein, lipit,..

- Ngoài con đường tổng hợp chất hữu cơ như đã nêu trên (nhóm thực vật C3), ở các thực vật vùng sa mạc hay vùng nhiệt đới còn có những con đường khác (gọi nhóm thực vật C4, thực vật CAM).

II. HÓA TỔNG HỢP

1. Khái niệm

- Hóa tổng hợp là cong đường tổng hợp chất hữu cơ (đồng hóa CO2) nhờ năng lượng của các phản ứng ôxi hóa khử do các vi sinh vật hóa tự dưỡng thực hiện.

- Phương trình tổng quát của hóa tổng hợp:

A (chất vô cơ) + O₂     AO₂ + Năng lượng

CO₂ + RH₂ (chất cho H⁺) + Năng lượng     Chất hữu cơ

2. Các nhóm vi sinh vật hoá tổng hợp

III. MỐI LIÊN QUAN GIỮA HÔ HẤP VÀ QUANG HỢP