Các tế bào quang hợp của lá và sự phân bố lục lạp ở Thực vật C3 , C4 và CAM

Đáp án:I. THỰC VẬT C3

1. Khái quát về quang họp ở thực vật C3

Đặc điểm so sánhPha sángPha tốiNơi thực hiện- Trên màng tilacoit- Chất nền StromaNguyên liệu- Nước, ADP, NADP+- CO₂, ATP, NADPHSản phẩm- ATP, NADPH, O₂- ADP, NADP+, C₆H₁₂O₆ và các chất hữu cơ trung gian khác

2. Các pha của quang hợp ở thực vật C3

a. Pha sáng

- Khái niệm: Pha sáng là pha chuyển hóa năng lượng ánh sáng đã được diệp lục hấp thụ thành năng lượng của các liên kết hóa học trong ATP và NADPH.

- Pha sáng diễn ra ở tilacoit khi có chiếu sáng.

- Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân li nước:

• PT: 
• Sản phẩm:
  • Oxi: O₂ được giải phóng là oxi của nước.
  • ATP: Năng lượng ATP được giải phóng đồng thời bù lại điện tử electron cho diệp lục a
  • NADPH: Các proton H+ đến khử NADP+ thành NADPH
• ATP và NADPH của pha sáng được sử dụng trong pha tối để tổng hợp các hợp chất hữu cơ.

b. Pha tối

- Diễn ra trong chất nền (stroma) của lục lạp.

- Cần CO₂ và sản phẩm của pha sáng là ATP và NADPH.

- Pha tối ở thực vật C3 chỉ có chu trình Canvin:

- Thực vật C3 phân bố mọi nơi trên trái đất (gồm các loài rêu đến cây gỗ trong rừng).

- Chu trình Canvin gồm 3 giai đoạn:

* Giai đoạn cố định CO₂:

• Chất nhận CO₂ đầu tiên và duy nhất là hợp chất 5C (Ribulozo- 1,5- điphotphat (RiDP)
• Sản phẩm đầu tiên ổn định của chu trình là hợp chất 3C (Axit photphoglyxeric APG)
• Enzim xúc tác cho phản ứng là RiDP- cacboxylaza

* Giai đoạn khử APG(axit phosphoglixeric) thành AlPG (aldehit phosphoglixeric):

• APG (axit phosphoglixeric) → AlPG (aldehit phosphoglixeric), ATP, NADPH
• Một phần AlPG tách ra khỏi chu trình và kết hợp với 1 phân tử triozo khác để hình thành C₆H₁₂O₆ từ đó hình thành tinh bột, axit amin…

* Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu là Rib – 1,5 diP (ribulozo- 1,5 diphosphat):

• Phần lớn AlPG qua nhiều phản ứng cần cung cấp ATP tái tạo nên RiDP để khép kín chu trình

- Sản phẩm: Cacbohidrat.

II. THỰC VẬT C4

1. Các đối tượng thực vật C4  

- Gồm 1 số loài sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như: mía, ngô, cao lương …

- Thực vật C4 sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài, nhiệt độ, ánh sáng cao => tiến hành quang hợp theo chu trình C4.

2. Chu trình quang hợp ở thực vật C4

- Diễn ra tại 2 loại tế bào là tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch

- Tại tế bào mô giậu diễn ra giai đoạn cố dịnh CO₂ đầu tiên

• Chất nhận CO₂ đầu tiên là 1 hợp chất 3C (phosphoenl piruvic - PEP)
• Sản phẩm ổn định đầu tiên là hợp chất 4C (axit oxaloaxetic - AOA), sau đó AOA chuyển hóa thành 1 hợp chất 4C khác là axit malic (AM) trước khi chuyển vào tế bào bao bó mạch.

- Tại tế bào bao bó mạch diễn ra giai đoạn cố định CO₂ lần 2

• AM bị phân hủy để giải phóng CO₂ cung cấp cho chu trình Canvin và hình thành nên hợp chất 3C là axit piruvic
• Axit piruvic quay lại tế bào mô giậu để tái tạo lại chất nhận CO₂ đầu tiên là PEP
• Chu trình C3 diễn ra như ở thực vật C3

- Thực vật C4 ưu việt hơn thực vật C3:

• Cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO₂ thấp hơn, điểm bảo hòa ánh sáng cao hơn, nhu cầu nước thấp → thực vật C4 có năng suất cao hơn thực vật C3
• Chu trình C4 gồm 2 giai đoạn: giai đoạn đầu theo chu trình C4 diễn ra ở lục lạp của tế bào nhu mô lá, giai đoạn 2 theo chu trình Canvin diễn ra trong lục lạp của tế bào bao bó mạch.

III. THỰC VẬT CAM

1. Các đối tượng thực vật CAM

- Gồm những loài mọng nước, sống ở vùng hoang mạc khô hạn như: xương rồng, dứa, thanh long …

2. Chu trình quang hợp ở thực vật CAM

- Để tránh mất nước, khí khổng các loài này đóng vào ban ngày và mở vào ban đêm => cố định CO₂ theo con đường CAM.

- Vào ban đêm, nhiệt độ môi trường xuống thấp, tế bào khí khổng mở ra, CO₂ khuếch tán qua lá vào

• Chất nhận CO₂ đầu tiên là PEP và sản phẩm ổn định đầu tiên là AOA.
• AOA chuyển hóa thành AM vận chuyển vào các tế bào dự trữ.

- Ban ngày, khi tế bào khí khổng đóng lại:

• AM bị phân hủy giải phóng CO₂ cung cấp cho chu trình Canvin và axit piruvic tái sinh chất nhận ban đầu PEP.

- Chu trình CAM gần giống với chu trình C4, điểm khác biệt là về thời gian: cả 2 giai đoạn của chu trình C4 đều diễn ra ban ngày; còn chu trình CAM thì giai đoạn đầu cố định CO₂ được thực hiện vào ban đêm khi khí khổng mở và còn giai đoạn tái cố định CO₂ theo chu trình Canvin thực hiện vào ban ngày khi khí khổng đóng. 

 

Giải thích các bước giải:

 Lý thuyết