Hoá sinh quang hợp

Pha sáng trong quang hợp Trong thế giới sinh vật thì quang hợp là một quá trình cơ bản. Thông qua quang hợp mà năng lượng của ánh sáng mặt trời chiếu xuống được biến thành năng lượng hoá học.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hoá sinh quang hợp Hoá sinh quang hợp4.4.1 Pha sáng trong quang hợpTrong thế giới sinh vật thì quang hợp là một quá trìnhcơ bản.Thông qua quang hợp mà năng lượng của ánh sángmặt trời chiếuxuống được biến thành năng lượng hoá học. Hầu hếtsinh vật củahành tinh chúng ta sống trực tiếp hoặc gián tiếp nhờnăng lượng ánhsáng mặt trời. Như vậy năng lượng được tích luỹ là ởdạng nănglượng hoá học.Phản ứng tổng quát của quá trình quang hợp thườngđược biểudiễn bằng phương trình sau, mặc dù nó thể hiệnkhông hoàn toànđầy đủ.6CO2 + 6H2O + Năng lượng C6H12O6+ 6 O2Ở quá trình quang hợp nhờ năng lượng ánh sáng mặttrời màđường được tạo thành và quang hợp ở thực vật đã gắnliền với việcgiải phóng oxy.Quá trình quang hợp được chia làm hai giai đoạn:- Phản ứng sáng- Sự đồng hoá CO2Giai đoạn thứ nhất là quá trình chuyển năng lượngánh sángthành năng lượng hoá học.Giai đoạn thứ hai là tạo ra dạng năng lượng hoá họcbền vữngvà dễ dự trữ hơn.Ánh sáng cần cho quá trình quang hợp được tiếpnhận bởi hainhóm sắc tố: chlorophyll và carotenoid. Ở một sốsinh vật bậc thấphơn còn có phycobillin. Cấu trúc cơ bản của diệp lụclà vòngporphyrin, được tạo nên từ 4 vòng pyrrol riêng lẽ(hình 4.3). Ở trungtâm của vòng có một nguyên tử Mg liên kết với cácnguyên tử nitơbởi hai liên kết đồng hoá trị và hai liên kết phối trí.Nguyên tử Mgcó thể được tách ra khi có tác động của axit loãng.Phân tử diệp lụckhông chứa Mg được gọi là pheophytin cũng có mộtvai trò quantrọng trong phản ứng sáng quang hợp. Chuỗi bên củaphân tử diệplục có tính kỵ nước và nhờ vậy mà toàn bộ phân tử cóđặc tính kỵnước. Người ta biết những loại chlorophyll khácnhau: chlorophyll a,chlorophyll b và chlorophyll vi khuẩn. Sự khác nhaucủa những loại69này là do sự khác nhau của các chuỗi bên. Ởchlorophyll b có nhómaldehyde, như hình 4.3, được thay thế bằng nhómmethyl ởchlorophyll a. Điều thú vị hơn là chuỗi bên dài kỵnước được tạo nêntừ các dẫn xuất isopren. Ở chlorophyll a và b chuỗibên là mộtphytol (rượu) liên kết ester với một chuỗi bên củavòng porphyrine.Ở một số vi khuẩn chlorophyll chứa một farnesol(alkohol) được liênkết ester với chuỗi bên của vòng.Điều có ý nghĩa đặc biệt hơn là những liên kết đôiliên hợptrong vòng porphyrine. Chúng có khả năng hấp thuánh sáng và vìvậy những liên đôi này là yếu tố quan trọng củachlorophyll. Nhữngliên kết liên hợp của carotenoide cũng hấp thu ánhsáng. Các chấtthuộc nhóm carotenoide có màu vàng đến màu đỏ dacam, thấy rõ ởlá cây vào mùa thu, lúc này diệp lục bị phân huỷ nênkhông còn chephủ sắc tố carotenoid.Để hiểu hơn về quá trình quang hợp chúng ta phải đềcập đếncơ quan mà ở đó quang hợp xảy ra, đó là lục lạp. Lụclạp có hìnhtròn đến hình bầu dục, có đường kính khoảng 10 m.Nó được baoquanh bởi màng trong và màng ngoài, những màngnày có ý nghĩađối với việc đi vào và đi ra của các chất. Màng trongcủa lục lạpđược tạo nên từ hệ thống màng kéo dãn, ở một số vịtrí có dạng xếpchồng lên nhau.Những màng này xuất hiện dưới kính hiển vi điện tửnhưnhững túi dẹt. Vì vậy người ta gọi chúng là thylacoid.Màngthylacoid bao quanh một không gian bên trong gọi làcơ chất của lạpvà tạo nên sự ngăn cách giữa bên trong thylacoid vớimôi trườngngoài. Sự phân cách giữa bên trong thylacoid vớistroma là cần thiếtcho phản ứng sáng của quang hợp. Ở một số vị trí cónhiều thylacoidxếp lên nhau thành chồng rất dày. Chúng xuất hiệndưới kính hiển vinhư những hạt (grana), vì vậy người ta gọi chúng làgrana-thylacoid.Chúng được nối kết với những thylacoid riêng lẽ nhưmàng képxuyên qua cơ chất lục lạp. Chúng được gọi là stroma-thylacoid (hình4.4).Màng thylacoid là nơi mà ánh sáng được tiếp nhậnbởi các sắcđã mô tả ở trên và nhờ các hệ thống oxy hoá khửkhác nhau mànăng lượng ánh sáng mặt trời được biến đổi thànhnăng lượng hoáhọc và thẩm thấu. Quá trình này phức tạp và chưađược giải thíchtiết.Màng thylacoid chứa ba cấu thành siêu phân tử,chúng chiếmtoàn bộ bề rộng của màng và là thành phần quantrọng của chuỗi vậnchuyển điện tử trong quang hợp. Ba phức hệ đó là hệthống quanghoá I, hệ thống quang hoá II và phức hệ cytochromeb/f (hình 4.5).Hệ thống quang hoá là vị trí chứa các sắc tố hấp thụánh sáng(những anten). Hệ thống quang hoá I chứa ít nhất là13 loại proteinkhác nhau, khoảng 200 phân tử diệp lục, một sốlượng carotenoidchưa biết và ba phức hệ Fe-S. Những polypeptide kếthợp và địnhhướng các phân tử chlorophyll và carotenoid.Hệ thống quang hoá II chứa ít nhất 11 phân tửpolypeptidekhác nhau, khoảng 200 phân tử diệp lục a và 100phân tử diệp lục b,hai phân tử pheophytin, quinon, 4 Mn cũng như Cavà chlorid. Cảhai hệ thống tiếp nhận ánh sáng và chuyển hoá chúngtrong sự vậnchuyển điện tử.Hệ thống quang hoá II còn có nhiệm vụ là tách điệntử ra từH2O, như vậy là oxy hoá H2O. Sự oxy hoá này làquá trình phứctạp, gồm 4 bước (m ...