Cập nhật lúc: 15:40 16-07-2016 Mục tin: Sinh học lớp 11
I. KHÁI QUÁT VỀ QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
1. Quang hợp
- Khái niệm: Quang hợp ở thực vật là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời đã được diệp lục hấp thụ để tổng hợp cacbohidrat và giải phóng ôxi từ khí cacbonic và nước.
- Phương trình tổng quát của quang hợp:
6 CO2 + 12 H2O \[\rightarrow\] C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
[as MT, dlục]
2. Vai trò của quang hợp
Toàn bộ sự sống trên hành tinh chúng ta đều phụ thuộc vào quang hợp:
+ Sản phẩm quang hợp là nguồn chất hữu cơ làm thức ăn cho mọi sinh vật, là nguyên liệu cho công nghiệp và thuốc chữa bệnh cho con người
+ Cung cấp năng lượng để duy trì hoạt động sống của sinh giới.
+ Điều hoà không khí: giải phóng oxi và hấp thụ CO2 [góp phần ngăn chặn hiệu ứng nhà kính]
II. LÁ LÀ CƠ QUAN QUANG HỢP
1. Hình thái, giải phẫu của lá thích nghi với chức năng quang hợp:
* Đặc điểm giải phẫu hình thái bên ngoài:
- Diện tích bề mặt lớn giúp hấp thụ được nhiều tia sáng.
- Phiến lá mỏng thuần lợi cho khí khuếch tán vào và ra được dễ dàng
- Trong lớp biểu bì của mặt lá có chứa tế bào khí khổng để khí CO2 khuếch tán vào bên trong lá đến lục lạp.
* Đặc điểm giải phẫu hình thái bên trong:
- Tế bào có mô giậu chứa nhiều diệp lục phân bố ngay dưới lớp biểu bì ở mặt trên của lá để trực tiếp hấp thụ ánh sáng chiếu lên mặt trên của lá
- Tế bào mô xốp chứa ít diệp lục hơn các tế bào mô giậu nằm ở phía dưới của mặt lá, trong mô xốp có nhiều khoảng trống rỗng để khí oxi dễ dàng khuếch tán đến các tế bào chứa săc tố quang hợp.
- Hệ gân lá có mạch dẫn [gồm mạch gỗ và mạch rây], xuất phát từ bó mạch ở cuống lá đến tận từng tế bào nhu mô của lá giúp cho nước và ion khoáng đến được từng tế bào để thực hiện quang hợp và vận chuyển sản phẩm quang hợp ra khỏi lá.
- Trong lá có nhiều nhiều tế bào chứa diệp lục,đó là bào quan quang hợp.
2. Lục lạp là bào quan quang hợp
* Đặc điểm cấu tạo của lục lap thích nghi với chức năng quang hợp :
- Hình dạng : Lục lạp có hình bầu dục có thể xoay bề mặt để tiếp xúc với ánh sáng
- Màng bảo vệ lục lạp là màng kép
- Hệ thống màng quang hợp :
+ Bao gồm 1 tập hợp màng có chứa sắc tố quang hợp và được sắp xếp vô định hướng
+ Tập hợp các màng như các chồng đĩa xếp chồng lên nhau tạo thành cấu trúc gọi là các hạt grama
+ Xoang tilacoit là nơi diễn ra các phản ứng quang phân li nước và tổng hợp ATP
- Chất nền stroma :bên trong là 1 khối cơ chất không màu , chứa các enzim quang họp và là nơi diễn ra các phản ững của pha tối
3. Hệ sắc tố quang hợp:
- Lục lạp chứa hệ sắc tố quang hợp gồm diệp lục [a và b] và carotenoit [caroten và xantophyl] phân bố trong màng tilacoit.
Sơ đò truyền năng lượng :
Carotenoit à Diệp lục b à diệp lục aà Diệp lục a tại trung tâm phản ứng
| Nhóm sắc tố chính [diệp lục] | Nhóm sắc tố phụ [ Carotenoit] | |
| Cấu tạo | Diệp lục a C55H72O5N4Mg Diệp lục b C55H70O6N4Mg | Carotin C40H56 Xantophyl C40H56On |
| Vai trò | - Làm cho lá cây có màu xanh - Hập thụ năng lượng ánh sáng mặt trời - Vận chuyển năng lượng ánh sáng đến trung tâm phản ứng - Tham gia biến đổi năng lượng ánh sáng hấp thụ được thành năng lượng trong các liên kết hóa học của ATP, NADPH | - Làm cho lá cây, củ, quả có màu vàng, cam, đỏ - Chỉ hấp thụ năng lượng ánh sáng và truyền năng lượng đó tới trung tâm phản ứng - Tham gia lọc ánh sáng và bảo vệ diệp lục |
III. Bài tập
Câu 1: Vì sao lá cây có màu xanh?
Hướng dẫn: Khi có ánh sáng chiếu vào lá cây thì cá tia sáng màu lục không được diệp lục hấp thụ và phản chiếu vào mắt ta làm nhìn thấy lá cây có màu lục
Câu 2: Đặc điểm của lá cây thích nghi với chức năng quang hợp?
Hướng dẫn: Phân tích các đặc điểm cơ bản của lá:
+ Hình dạng, độ dày
+ Cách sắp xếp lá trên cây
+ Cấu tạo giải phẫu và hệ thống mạch
Luyện Bài tập trắc nghiệm môn Sinh lớp 11 - Xem ngay
>> Luyện thi TN THPT & ĐH năm 2023 trên trang trực tuyến Tuyensinh247.com. Học mọi lúc, mọi nơi với Thầy Cô giáo giỏi, đầy đủ các khoá: Nền tảng lớp 12; Luyện thi chuyên sâu; Luyện đề đủ dạng; Tổng ôn chọn lọc.
Hầu hết sự sống trên Trái đất đều phụ thuộc vào quá trình quang hợp, đặc biệt là đối với cây xanh. Vậy phản ứng quang hợp của cây xanh là gì? Đặc điểm và ý nghĩa của loại phản ứng này ra sao? Hãy cùng thietbiruaxegiare.net tìm hiểu cụ thể hơn về vấn đề này nhé!
Phản ứng quang hợp của cây xanh là gì?
Phản ứng quang hợp là quá trình được sử dụng bởi thực vật, tảo và một số vi khuẩn để khai thác năng lượng từ ánh sáng mặt trời và chuyển hóa nó thành năng lượng hóa học. Trong quá trình quang hợp ở cây xanh, năng lượng ánh sáng được tiếp nhận và sử dụng để chuyển hóa nước, carbon dioxide, và khoáng chất thành oxy và các hợp chất hữu cơ giàu năng lượng.
Quá trình diễn ra phản ứng quang hợp của cây xanh
Trong quá trình phản ứng quang hợp của cây xanh xảy ra, thực vật hấp thụ khí cacbonic [CO2] và nước [H2] từ không khí và đất. Trong tế bào thực vật, nước bị oxy hóa, nghĩa là mất điện tử, trong khi khí cacbonic bị khử, có nghĩa là nó nhận được điện tử. Điều này biến nước thành oxy và carbon dioxide thành glucose. Sau đó, cây sẽ giải phóng oxy trở lại không khí và tích trữ năng lượng trong các phân tử glucose.
Phương trình quang hợp:
6CO2 + 12 H2O→ C6H1O6 + 6O2 + 6 H2O
Các loại quang hợp
Có hai loại quá trình phản ứng quang hợp của cây xanh đó là: quang hợp oxy và quang hợp thiếu oxy. Các nguyên tắc chung của quang hợp oxy và thiếu oxy rất giống nhau, nhưng quang hợp oxy là phổ biến nhất và được thấy ở các loại thực vật, tảo và vi khuẩn lam.
Phản ứng quang hợp có oxy
- Trong quá trình quang hợp tạo oxy, năng lượng ánh sáng chuyển các electron từ nước [H2O] thành carbon dioxide [CO2], để tạo ra carbohydrate.
- Trong quá trình chuyển giao này, CO2bị “khử” hoặc nhận điện tử, và nước bị “oxy hóa” hoặc mất điện tử. Cuối cùng, oxy sẽ được tạo ra cùng với carbohydrate.
- Quang hợp oxy có chức năng như một đối tượng quan trọng với hô hấp bởi nó hấp thụ khí cacbonic do tất cả các sinh vật hô hấp tạo ra và tái tạo lại oxy cho bầu khí quyển.
- Phương trình quang hợp oxy:
6CO2 + 12H2O + Năng lượng ánh sáng → C 6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Tại đây, 6 phân tử carbon dioxide [CO2] kết hợp với 12 phân tử nước [H2O] sử dụng năng lượng ánh sáng. Kết quả cuối cùng là sự hình thành một phân tử carbohydrate đơn [C 6H12O6 hoặc glucose] cùng với 6 phân tử oxy thở và nước.
Phản ứng quang hợp thiếu oxy
Quang hợp thiếu oxy sử dụng các chất cho điện tử không phải là nước. Quá trình này thường xảy ra ở những vi khuẩn như vi khuẩn màu tím và vi khuẩn lưu huỳnh màu xanh lục; chủ yếu được tìm thấy trong các môi trường dưới nước khác nhau.
Các phản ứng quang hợp thiếu oxy khác nhau có thể được biểu diễn chung dưới dạng một công thức tổng quát duy nhất như sau:
CO2 + 2H2A + Năng lượng ánh sáng → [CH2O] + 2A + H2O
Chữ A trong phương trình là một biến và H2A đại diện cho chất cho electron tiềm năng. Ví dụ, A có thể đại diện cho lưu huỳnh trong hidrosunfua cho electron [H2S].
Ý nghĩa của phản ứng quang hợp của cây xanh
Giải đáp: Quang hợp của cây xanh có ý nghĩa gì? Trong các chuỗi thức ăn tự nhiên, những sinh vật quang dưỡng [sống nhờ vào nguồn năng lượng do quang hợp] thường là những “mắt xích” đầu tiên: Nghĩa là những sinh vật còn lại đều sử dụng sản phẩm của quá trình quang hợp để phục vụ nhu cầu dinh dưỡng của chúng.
Vì vậy, quang hợp là chuỗi phản ứng hóa học quan trọng bậc nhất trên trái đất. Quang hợp đóng vai trò tạo năng lượng cho sự sống trong sinh quyển. Quá trình phản ứng quang hợp của cây xanh cũng sản sinh ra khí oxi, tạo nên một bầu khí quyển chứa nhiều oxy cho trái đất. Một bầu khí quyển vốn dĩ chỉ chứa nitơ và cacbonic trước khi có sinh vật quang dưỡng.
Ở thực vật, quá trình quang hợp chủ yếu được thực hiện nhờ vào diệp lục. Sắc tố này thường chứa ở trong các bào quan gọi là lục lạp. Mặc dù, hầu hết các loài thực vật đều có màu xanh, năng lượng của quá trình quang hợp chủ yếu được thu nhận từ lá. Quá trình quang hợp ở thực vật, tảo và vi khuẩn lam sử dụng chlorophyll và sản sinh ra oxy.
Bộ máy quang hợp của cây xanh
Sau đây là các thành phần tế bào cần thiết cho quá trình quang hợp ở thực vật:
Lá – cơ quan thực hiện nhiệm vụ quang hợp
Cơ quan thực hiện nhiệm vụ quang hợp ở thực vật chủ yếu là lá. Tiếp theo là đến các phần xanh khác như bông lúc còn xanh, bẹ lá,…Chính vì vậy lá có những đặc điểm đặc biệt về hình thái, cũng như cấu tạo giải phẫu phù hợp với chức năng quang hợp.
Hình thái lá
Là thường có dạng bản và mang đặc tính hướng sang ngang, nên luôn luôn vận động sao cho mặt phẳng của lá vuông góc với tia sáng của Mặt Trời để nhận được nhiều năng lượng ánh sáng nhất.
Về giải phẫu
Đầu tiên phải kể đến lớp mô giậu dày có chứa nhiều lục lạp nằm sát ngay mặt trên lá dưới lớp biểu bì trên. Các tế bào mô giậu được xếp khít nhau theo từng lớp nhằm hấp thụ được nhiều năng lượng ánh sáng. Đây được gọi là lớp mô đồng hóa của lá. Sát với lớp mô đồng hóa của lá là lớp mô xốp có những khoảng trống gian bào lớn [nơi chứa CO2 cung cấp cho quá trình quang hợp].
Ngoài ra lá còn có mạng lưới mạch dẫn dày đặc đảm nhận nhiệm vụ dẫn nước và muối khoáng cho quá trình quang hợp và dẫn những sản phẩm quang hợp đến các cơ quan khác. Cuối cùng là hệ thống dày đặc các khí ở mặt trên và mặt dưới lá giúp khí CO2, O2, H2O đi vào và đi ra khỏi lá một cách dễ dàng.
Lục lạp [Chloroplast]- Bào quan đảm nhiệm chức năng quang hợp
Tương tự như lá, lục lạp cũng có những đặc điểm về hình thái, giải phẫu thích ứng:
Hình thái lục lạp
Hình thái của lục lạp rất đa dạng. Với những loài thực vật bậc thấp, vì không bị ánh sáng Mặt Trời trực tiếp thiêu đốt quá nóng, nên lục lạp của chúng có nhiều hình dạng khác nhau như: hình vuông, hình cốc hoặc hình sao. Ở nhóm thực vật bậc cao, lục lạp thường có hình bầu dục nhằm thuận tiện cho quá trình tiếp nhận ánh sáng Mặt Trời. Khi ánh sáng Mặt Trời quá mạnh, lục lạp có khả năng xoay bề mặt tiếp xúc nhỏ nhất của mình về phía ánh sáng của Mặt Trời.
Số lượng và kích thước lục lạp
Số lượng của lục lạp trong tế bào của các loài thực vật khác nhau. Đối với tảo mỗi tế bào có khi chỉ có chứa một lục lạp. Đối với thực vật bậc cao, mỗi tế bào của mô đồng hóa có thể từ 20 đến 100 lục lạp. Ở lá thầu dầu, 1 mm2 có từ 3.107 – 5.107 lục lạp. Nếu đem cộng diện tích lục lạp lại, sẽ có tổng diện tích lục lạp lớn hơn cả diện tích lá.
Đối với một số thực vật nhiệt đới [thực vật thuộc nhóm C4] lục lạp gồm có hai loại:
- Lục lạp của tế bào mô giậu thường có grana phát triển đầy đủ
- Lục lạp của tế bào bao bó mạch có grana phát triển không đầy đủ và phần lớn ở dạng bản mỏng [tilacoit]. Trong hạt lục lạp này thường chứa nhiều hạt tinh bột lớn.
Thành phần hóa học của lục lạp
Thành phần hóa học của lục lạp rất phức tạp, cụ thể:
- Nước: 75%
- Chất khô: 70 – 72%
- Chất khoáng, Protein: 30 – 45%
- Lipid: 20 – 40%
Các nguyên tố khoáng thường gặp trong lục lạp là Fe [80%], Zn [65 – 70%], Cu [50%], K, Mg, Mn…Trong lục lạp có chứa nhiều loại vitamin khác nhau như: A, D, K, E. Lục lạp có chứa trên 30 loại enzim khác nhau. Những enzim này thuộc các nhóm enzim thủy phân và enzim của hệ thống oxi hóa khử.
Như vậy qua thành phần hóa học trên, chúng ta có thể thấy rằng ngoài quá trình quang hợp của cây xanh, lục lạp còn là nơi thực hiện quá trình tổng hợp lipit, photpholipit, protein và các axit béo. Từ đó, có thể khẳng định rằng: lục lạp là trung tâm hoạt động hóa học và sinh học mà quá trình quang hợp là một trong những quá trình trao đổi chất quan trọng nhất.
Các sắc tố quang hợp
Bằng những phương pháp sắc ký và quang phổ hiện đại, đến nay đã phân biệt 4 nhóm sắc tố chính trong lá cây đó là: clorophyl, carotenoit, phycobilin và các sắc tố của dịch tế bào [antoxian].
Nhóm 1. Nhóm sắc tố diệp lục [Clorophin]
– Nhóm sắc tố diệp lục có vai trò gì?Nhóm sắc tố diệp lục Clorophin là nhóm sắc tố chiếm vai trò quan trọng nhất đối với quang hợp. Bởi nó có khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng Mặt Trời và biến năng lượng hấp thụ ấy sang dạng năng lượng hóa học. Trong khi đó các nhóm sắc tố khác không thực hiện được chức năng này một cách trực tiếp và đầy đủ.
Người ta đã phân thành nhiều loại clorophin bởi sự khác nhau giữa chúng về một số chi tiết cấu tạo và cực đại hấp thụ bức xạ ánh sáng. Về cấu tạo chung của clorophin, chúng ta chú ý đến các đặc điểm sau:
- 4 nhân tử pyrol liên kết với nhau bằng các cầu nối metyl [-CH =] nhằm tạo nên vòng porphyrin với nguyên từ Mg ở giữa.
- Liên kết thật và giả với những nguyên tử N của các nhân pyron hai nguyên tử H ở nhân pyron vòng xiclopentan và gốc rượu phytol.
Dưới đây là công thức tổng quát và công thức cấu tạo của một số loại clorophin:
Clorophin a : C55H72O5N4Mg
Clorophin b : C55H70O6N4Mg
Nhìn vào công thức cấu tạo, ta có thể thấy trong phân tử của clorophin có nhiều nối đôi cách đều. Đây là kiểu nối đôi cộng đồng, kiểu nối đôi thể hiện khả năng hấp thụ mạnh nguồn năng lượng ánh sáng.
Nhóm 2. Nhóm sắc tố Carotenoit
Dựa vào cấu trúc hóa học và tính chất sinh học, người ta chia nhóm sắc tố Carotenoit thành những nhóm như sau:
Dựa vào cấu trúc hóa họcDựa vào cấu trúc hóa học, Carotenoit được phân thành 2 loại sau:
- Caroten [ C10H56] là một loại cacbohidrat chưa bão hoà, không tan được trong nước mà chỉ tan được trong dung môi hữu cơ. Công thức cấu tạo gồm một mạch cacbon dài bởi 8 gốc isopren và hai đầu là một hoặc hai vòng ionon.
Trong thực vật thường có ba loại: a, b và y caroten. Cắt đôi b caroten thu được hai phân tử vitamin A.
- Xantophyl: C40H56On [ n=16] là dẫn xuất của caroten. Vì nguyên tử oxi có thể là 1 đến 6 nên có nhiều loại xantophin, cryptoxanthin [C40H56O], lutein[C40H56O2], …Các nguyên tử oxi liên kết trong các nhóm: hidroxi, epoxy, keto, cacboxi, axetoxi, hoặc metoxi,…
Dựa vào tính chất sinh học, nhóm sắc tố Carotenoit được chia thành 2 nhóm:
- Nhóm carotenoit sơ cấp: thực hiện nhiệm vụ hoạt động quang hợp hoặc bảo vệ
- Nhóm carotenoit thứ cấp: chứa trong các cơ quan như hoa, quả và các cơ quan hóa già hoặc bị bệnh khi thiếu dinh dưỡng khoáng.
Nhóm sắc tố xanh ở Tảo [Nhóm Phycobilin]
Đây là nhóm sắc tố này rất quan trọng đối với tảo và các nhóm thực vật sống ở nước. Nhóm sắc tố này thích nước, trong tế bào chúng liên kết với protein, nên có tên gọi là lipoprotein hay phycobiliprotein, gồm phycoerythrin
[C34H47N4O8] và phycocyanin [C34H42N4O9].
Công thức cấu tạo của nhóm sắc tố này gồm có 4 vòng pyrol xếp thẳng [không khép kín], nối với nhau bằng các cầu nối metyl [= CH-].
Hy vọng với những thông tin chúng tôi chia sẻ ở trên đã giúp bạn đọc hiểu được phản ứng quang hợp của cây xanh là gì cũng như đặc điểm ý nghĩa của phản ứng quang hợp. Các bạn hãy truy cập vào thietbiruaxegiare.net mỗi ngày để cập nhật thêm nhiều thông tin hay và thú vị khác nhé! Xin cảm ơn!