Tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi môn Sinh học - Chuyển hóa năng lương - Trần Thị Phương Anh

Tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi môn Sinh học - Chuyển hóa năng lương - Trần Thị Phương Anh

1.Định nghĩa:

Là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công.

3.Phân loại:

Có nhiều dạng năng lượng khác nhau như: điện năng, quang năng, cơ năng, hoá năng, nhiệt năng

*Dựa vào nguồn cung cấp năng lượng phân biệt: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng nước

*Dựa vào trạng thái sẵn sàng sinh ra công hay không, chia thành:

-Thế năng: là trạng thái tiềm ẩn của năng lượng (nước hay vật nặng ở một độ cao nhất định, năng lượng các liên kết hoá học trong các hợp chất hữu cơ, chênh lệch các điện tích ngược dấu ở hai bên màng ).

-Động năng: Khi gặp các điều kiện nhất định năng lượng tiềm ẩn chuyển sang trại thái động năng có liên quan đến các hình thức chuyển động của vật chất (các ion, phân tử, các vật thể lớn) và tạo ra công tương ứng. Các dạng năng lượng có thể chuyển hoá tương hỗ và cuối cùng thành dạng nhiệt năng.

 

doc 18 trang Người đăng dung15 Ngày đăng 22/10/2020 Lượt xem 377Lượt tải 0 Download
Bạn đang xem tài liệu "Tài liệu bồi dưỡng học sinh giỏi môn Sinh học - Chuyển hóa năng lương - Trần Thị Phương Anh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG
I.KHÁI NIỆM NĂNG LƯỢNG
1.Định nghĩa:
Là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công. 
3.Phân loại: 
Có nhiều dạng năng lượng khác nhau như: điện năng, quang năng, cơ năng, hoá năng, nhiệt năng 
*Dựa vào nguồn cung cấp năng lượng phân biệt: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng nước
*Dựa vào trạng thái sẵn sàng sinh ra công hay không, chia thành:
-Thế năng: là trạng thái tiềm ẩn của năng lượng (nước hay vật nặng ở một độ cao nhất định, năng lượng các liên kết hoá học trong các hợp chất hữu cơ, chênh lệch các điện tích ngược dấu ở hai bên màng). 
-Động năng: Khi gặp các điều kiện nhất định năng lượng tiềm ẩn chuyển sang trại thái động năng có liên quan đến các hình thức chuyển động của vật chất (các ion, phân tử, các vật thể lớn) và tạo ra công tương ứng. Các dạng năng lượng có thể chuyển hoá tương hỗ và cuối cùng thành dạng nhiệt năng.
II.CHUYỂN HOÁ NĂNG LƯỢNG
1.VD:
Quang hợp: là sự chuyển hoá năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học chứa trong các chất hữu cơ.
Hô hấp nội bào: là sự sự chuyển hoá năng lượng hoá học trong các liên kết của các chất hữu cơ đã được tế bào tổng hợp thành năng lượng trong các liên kết cao năng (ATP) dễ sử dụng.
2.Định nghĩa:
Là sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác cho các hoạt động sống. 
Trong cơ thể sinh vật có nhiều quá trình đòi hỏi năng lượng thường xuyên như các phản ứng sinh tổng hợp các chất, tái sinh các tổ chức (phân bào, sinh sản), thực hiện công cơ học (chuyển động của chất nguyên sinh, của bào quan) hay công điện học như phát sinh và chuyển các thông tin dưới dạng dòng điện sinh học.
Dòng năng lượng sinh học là dòng năng lượng trong tế bào, dòng năng lượng từ tế bào này sang tế bào khác hoặc từ cơ thể này sang cơ thể khác. Trong các hệ sống năng lượng được dự trữ trong các liên kết hoá học.
III.ATP (Adenosine triphosphate) - ĐỒNG TIỀN NĂNG LƯỢNG CỦA TẾ BÀO
1.Vai trò: 
Là tiền tệ năng lượng của mọi tế bào, năng lượng tồn tại tiềm ẩn trong các liên kết hoá học. Nhờ khả năng dễ dàng nhường năng lượng mà ATP trở thành chất hữu cơ cung cấp năng lượng phổ biến trong tế bào → ATP được dùng cho tất cả các quá trình cần năng lượng.
2.Cấu trúc: Gồm:
Phân tử đường ribose(5C) được dùng làm bộ khung để gắn adenine và ba nhóm phosphate.
Chỉ có hai liên kết phosphate ngoài cùng là liên kết cao năng, có đặc điểm là mang nhiều năng lượng. 
3.Cơ chế truyền năng lượng: 
ATP truyền năng lượng cho các hợp chất khác thông qua chuyển nhóm phosphate cuối cùng để trở thành ADP (adenosine diphosphate) và gần như ngay lập tức ADP lại được gắn thêm nhóm phosphate để trở thành ATP.
-Sự chuyển hoá năng lượng: Sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác cho các hoạt động sống. VD: Quang năng → hoá năng → cơ năng → nhiệt năng
-Dòng năng lượng trong thế giới sống: Bắt đầu từ ánh sáng mặt trời truyền → cây xanh → qua chuỗi thức ăn đi vào động vật → nhiệt năng phát tán vào môi trường.
CẤU TRÚC PHÂN TỬ ATP
CƠ CHẾ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG CỦA ATP
ENZYME
I/ ENZYME 
1.Khái niệm
a.VD : Amilase, pepsine, tripsine, catalase ...
H2O2 + 18Kcal → H2O + O2
H2O2 + bạch kim + 11.7Kcal → H2O + O2
H2O2 + catalase + 5.5Kcal → H2O + O2
b.Định nghĩa :
Là chất xúc tác sinh học được tổng hợp trong tế bào sống, làm tăng tốc độ phản ứng mà không bị biến đổi sau phản ứng.
2.Đặc tính:
- Hoạt tính mạnh: Ở nhiệt độ cơ thể, trong 1 phút 1 phân tử enzyme catalase có thể phân huỷ được 5 triệu phân tử cơ chất peroxy hydro (H2O2).
- Tính chuyên hoá cao: Urease chỉ phân huỷ ure trong nước tiểu, mà không tác dụng lên bất cứ chất nào khác.
-E liên kết với cơ chất mang tính đặc thù - đặc hiệu: Mỗi enzyme thường liên kết với 1 hoặc một vài cơ chất nhất định.
-Xúc tác cả 2 chiều phản ứng.
II.CẤU TRÚC:
1.Cấu trúc hoá học:(Bản chất hoá học)
Thành phần là protein và protein liên kết với chất khác, một số ít trường hợp có thể là ARN.
2.Cấu trúc không gian: TTHĐ có đặc điểm:
-Là chỗ lõm xuống hay 1 khe hở nhỏ trên bề mặt của enzyme.
-Là nơi liên kết tạm thời với cơ chất.
-Cấu hình không gian tương ứng với cấu hình cơ chất.
-Bao gồm những nhóm hoá học và những liên kết peptide tiếp xúc trực tiếp với cơ chất hoặc không tiếp xúc trực tiếp với cơ chất nhưng có vai tro trong quá trình xúc tác của enzyme. Thường gặp là :
Cơ chế ổ khoá, chìa khoá Cơ chế cảm ứng E-S
+Nhóm sunfidril (-SH) của systein.
+Nhóm amine (-NH2) của lysine.
+Nhóm carboxyl (-COOH) của acid aspartic, glutamic.
+Nhóm hydroxyl (-OH) của systein, treonine và tyrosine.
→ Các nhóm chức trong TTHĐ có thể ở các vị trí xa nhau trong chuỗi polypeptid hoặc ở những chuỗi khác nhau → được định hướng xác định trong không gian, được giữ vững nhờ mạng lưới liên kết hydro và cách nhau những khoảng xác định (thường bé hơn 3Ao)→ Tạo thành cấu trúc không gian phức tạp.
II.PHÂN LOẠI: Có 2 loại :
a.Một enzyme xúc tác: Gồm:
«Enzyme một thành phần : 
Khi thuỷ phân hoàn toàn chúng tạo thành một loạt sản phẩm là các L-a-acid amine. VD : hydrolase.
«Enzyme hai thành phần (haloenzyme): Chiếm đa số trong tế bào, gồm:
-Phần protein (apoenzyme): Quyết định tính đặc hiệu của enzyme, làm tăng hoạt tính xúc tác của coenzyme.
-Phần không phải protein (coenzyme): Quyết định kiểu phản ứng mà enzyme xúc tác, trực tiếp tham gia trong phản ứng và làm tăng độ bền của apoenzyme đối với các yếu tố gây biến tính. 
Coenzyme thường là dẫn xuất của các vitamine hoà tan trong nước.
b.Hệ thống nhiều enzyme xúc tác (multienzyme): Gồm các enzyme xúc tác cho một dây chuyền phản ứng của một quá trình trao đổi chất xác định.
Ở dạng hoà tan, có thể liên kết hoặc không liên kết với nhau khá bền tạo thành phức hệ nhiều enzyme. Khi tách riêng khỏi phức hệ enzyme sẽ mất hoạt tính.
IV.CƠ CHẾ TÁC ĐỘNG
1.Bản chất tác động: Làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản ứng sinh hoá bằng cách tạo nhiều phản ứng trung gian. 
2.Sơ đồ:
Hệ thống: A+B n C+D có chất xúc tác X tham gia phản ứng thì các phản ứng có thể tiến hành theo các giai đoạn sau:
A+B+X → ABX →CDX→C+D+X
3.Nội dung:
- Giai đoạn thứ nhất: enzyme kết hợp với cơ chất bằng liên kết yếu tạo thành phức hợp enzyme - cơ chất (ES) không bền, phản ứng này xảy ra rất nhanh và đòi hỏi năng lượng hoạt hóa thấp;
- Giai đoạn thứ hai: Biến đổi cơ chất bằng cách hình thành các liên kết giữa các nhóm hoá học của TTHĐ với các các nhóm hoá học của cơ chất, dẫn tới sự kéo căng và phá vỡ các liên kết hóa trị của cơ chất.
- Giai đoạn thứ ba: Tạo thành sản phẩm, còn enzyme được giải phóng ra dưới dạng tự do, nguyên vẹn.
4.Ví dụ:
Sucrose + Sucrase→ Sucrose-Sucrase→ Glucose + Fructose + Sucrase
E + S → E-S → E FC → P + E
V.VAI TRÒ CỦA ENZYME TRONG QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI CHẤT: 
Điều chỉnh quá trình chuyển hoá vật chất: Cơ thể tự điều chỉnh thông qua điều khiển hoạt tính của enzyme bằng các cách:
1.Tăng tốc độ phản ứng sinh hoá trong tế bào: Bằng tăng các chất hoạt hoá hoặc tăng Cenzyme 
2.Giảm tốc độ phản ứng sinh hoá trong tế bào: Bằng.các chất ức chế:
a.Chất ức chế đặc hiệu: Liên kết với enzyme → biến đổi cấu hình E → không liên kết được với S.
b.Chất ức chế là cơ chất: Ức chế ngược
Sản phẩm quay lại tác động như một chất ức chế làm bất hoạt E xúc tác cho phản ứng đầu con đường chuyển hoá.
Khi một enzyme nào đó trong tế bào không được tổng hợp hoặc bị bất hoạt thì không những sản phẩm không được tạo thanh mà cơ chất của enzyme đó sẽ bị tích luỹ lại gây độc cho tế bào hoặc có thể được chuyển hoá theo con đường phụ thành các chất độc gây nên các triệu chứng bệnh lí. Các bệnh như vậy ở người được gọi là bệnh rối loạn chuyển hoá. 
VD: Bệnh phenyl keto niệu. Do gene đột biến không tạo ra được enzyme xúc tác cho phản ứng chuyển hoá acid amine phenylalanine thành tyrosine nên phenyalanine ứ đọng lại trong máu, chuyển lên não gây đầu độc tế bào thần kinh → thiểu năng trí tuệ, dẫn đến mất trí.
VI.CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
1.Nhiệt độ:
-Nhiệt độ tối ưu : E hoạt tính tối đa, làm cho tốc độ phản ứng xảy ra nhanh nhất.
-Nếu nhiệt độ cao quá: Mất hoạt tính
-Nếu nhiệt độ quá thấp: Giảm hoạt tính, tạm thời ngừng hoạt động.
Ví dụ: Đa số các enzyme ở tế bào cơ thể người hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 35-40oC, nhưng enzyme của vi khuẩn suối nước nóng lại hoạt động tốt nhất ở 70oC hoặc cao hơn. Khi chưa đạt đến nhiệt độ tối ưu của enzyme thì sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ phản ứng enzyme. Tuy nhiên, khi đã qua nhiệt độ tối ưu của enzyme thì sự gia tăng nhiệt độ sẽ làm giảm tốc độ phản ứng và có thể enzyme bị mất hoàn toàn hoạt tính.
2.Độ pH: Mỗi Enzyme có 1 độ pH thích hợp, đa số enzyme có pH tối ưu từ 6 đến 8. 
Ví dụ: Pepsin (dạ dày) pH = 2 
 Pespsin (tuyến tuỵ) pH = 8,5
3.Nồng độ enzyme và nồng độ S
+Cenzyme: Với 1 lượng S nhất định Cenzyme càng tăng thì hoạt tính của enzyme càng tăng.
+CS: Với 1 lượng enzyme xác định, nếu CS tăng dần trong dung dịch: lúc đầu hoạt tính Enzyme tăng, sau đó không tăng vì tất cả các TTHĐ của enzyme đã được bão hoà bởi cơ chất.
4.Chất ức chế, hoạt hoá
Là chất làm tăng hay ức chế hoạt tính của enzyme
Một số chất hoá học có thể ức chế hoạt động của enzyme nên tế bào khi cần ức chế enzyme nào đó cũng có thể tạo ra các chất ức chế đặc hiệu cho enzyme ấy. Một số chất độc hại từ môi trường như thuốc trừ sâu DDT là những chất ức chế một số enzyme quan trọng của hệ thần kinh người và động vật.
HÔ HẤP TẾ BÀO
I.KHÁI NIỆM
1.Định nghĩa: Là quá trình chuyển hoá năng lượng diễn ra trong mọi tế bào sống, trong đó các chất hữu cơ bị phân giải thành nhiều sản phẩm trung gian rồi cuối cùng đến CO2 và H2O, đồng thời giải phóng năng lượng cho mọi hoạt động của tế bào là ATP.
2.Bản chất: Là một chuỗi các phản ứng oxy hoá khử sinh học (chuỗi phản ứng enzyme) phân giải dần dần các phân tử chất hữu cơ (chủ yếu là glucose) và năng lượng không giải phóng ồ ạt mà được lấy ra từng phần ở các giai đoạn khác nhau.
3.Phương trình tổng quát:
           Cn(H2O)m + nO2 → nCO2 + mH2O + năng lượng (ATP + nhiệt năng)
II. CÁC GIAI ĐOẠN CHÍNH CỦA HÔ HẤP TẾ BÀO 
 (XÉT QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI 1 PHÂN TỬ GLUCOSE)
Quá trình hô hấp tế bào được chia làm 3 giai đoạn: đường phân, chu trình Krebs và chuỗi chuyền electron hô hấp.
1.Đường phân
a.Vị trí: Ở tế bào chất
b.Nguyên liệu: 1 glucose. 
c.Cơ chế: 
*Hoạt hoá phân tử glucose:
Glucose + 2ATP → Fructose 1,6 diphosphate.
*Cắt mạch carbon:
Fuctose 1,6 diphosphate → 2 glyceraldehyt
1glucose → 2 phân tử acid pyruvic(C3H4O3) + 2 ATP + 2NADH 
d.Kết quả: 
2 pyruvic, 2ATP, 2NADH
Chú ý: Thực tế tạo ra 4 ATP nhưng đã dùng 2 ATP để hoạt hoá phân tử glucose.
2.Chu trình Krebs
-Vị trí:Chất nền của ti thể. 
-Nguyên liệu: 2 pyruvic
-Diễn biến:
+Hoạt hoá acid pyruvic: Thành acetyl-CoA
2 pyruvic → 2 acetyl-coenzyme A (C–C–CoA) + 2CO2 + 2 NADH
+Chu trình Krebs:
Mỗi vòng chu trình Krebs, 1 phân tử acetyl–coA sẽ bị oxy hoá hoàn toàn tạo ra 2CO2, 1 phân tử ATP, 1 phân tử FADH2 + 3NADH.
-Kết quả:
6CO2, 2ATP, 2FADH2, 8NADH
Kết quả hai giai đoạn: Đường phân và chu trình Krebs thu được:
-Sản phẩm mang năng lượng: 4ATP, 10NADH, 2FADH2 
-Sản phẩm không mang năng lượng: 6CO2.
3.Chuỗi chuyền electron hô hấp (hệ vận chuyển điện tử)
*NADH và FADH2 nhường e- cho chuỗi chuyền điện tử ở màng trong ty thể:
 NADH → NAD+ + H+ + 2e- 
 FA ... ất chứa nitrogen. Đông nhất, gồm 2 nhóm nhỏ:
- Các vi khuẩn nitrit hoá (như Nitrosomonas): Oxy hoá NH3 thành acid nitro để lấy năng lượng.
        2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2O + Q  
 6% năng lượng giải phóng được dùng để tổng hợp glucose từ CO2
        CO2 + 4H + Q → 1/6C6H12O6 + H2O  
- Các vi khuẩn nitrat hoá (như Nitrobacter): oxy hoá HNO2 thành HNO3
         2HNO2 + O2 → 2HNO3 + Q  
7% năng lượng giải phóng được dùng để tổng hợp glucose từ CO2
          CO2 + 4H + Q → 1/6C6H12O6 + H2O 
*Vai trò: Trong tự nhiên, đảm bảo chu trình tuần hoàn vật chất.
c) Nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ các hợp chất chứa sắt
Bằng cách oxy hoá sắt hoá trị 2 thành sắt hoá trị 3:
           4FeCO3 + O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3 + 4CO2 + Q  
Một phần năng lượng được vi khuẩn sử dụng để tổng hợp chất hữu cơ. 
*Vai trò: Nhờ hoạt động của nhóm vi khuẩn này mà 4Fe(OH)3 kết tủa dần dần tạo ra các mỏ sắt.
Ngoài ra, còn có nhóm vi khuẩn hydro có khả năng oxy hoá hydro phân tử (H2) và sử dụng một phần năng lượng được giải phóng để tổng hợp chất hữu cơ.
II. QUANG TỔNG HỢP (QUANG HỢP)
1. Khái niệm
 Là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ (CO2 và H2O) nhờ năng lượng ánh sáng do các sắc tố quang hợp hấp thu được và chuyển hoá và tích luỹ ở dạng năng lượng hoá học tiềm tàng trong các hợp chất hữu cơ của tế bào.
 nCO2 + mH2O + Ánh sáng → Cn(H2O)m + nO2 
2. Sắc tố quang hợp: Có 2 nhóm chính
a.Thành phần:
*Sắc tố chính: Chlorophyll (chất diệp lục) có vai trò hấp thu quang năng.
+Diệp lục a: C55H72O5N4Mg
+Diệp lục b: C55H70O6N4Mg 
*Sắc tố phụ: Gồm 2 loại:
-Carotenoid: Gồm
+Caroten: C40H56
+Xanthophyll: C40H56On (n:1¸6)
-Phycobilin: Ở tảo. 
b.Vai trò:
-Sắc tố chính: Hấp thu quang năng, có khả năng hấp thu ánh sáng có chọn lọc, có khả năng cảm quang và tham gia trực tiếp trong các phản ứng quang hoá → nhờ đó các phản ứng quang hợp diễn ra. 
-Sắc tố phụ: Hấp thu được khoảng 10% - 20% tổng năng lượng ánh sáng do lá cây hấp thu được và chuyển cho chlorophyll. Khi cường độ ánh sáng quá cao, các sắc tố phụ có tác dụng bảo vệ chất diệp lục khỏi bị phân huỷ.
3.Cơ chế quang hợp: Có tính chất hai pha.
Thí nghiệm chứng minh:
Richter đã dùng ánh sáng nhấp nháy với tần số nhất định thấy cây sử dụng năng lượng có hiệu quả hơn. Cùng với một số thí nghiệm khác, người ta đã chứng minh quang hợp có hai pha: pha sáng và pha tối.
a)Pha sáng của quang hợp (pha cần ánh sáng)
*Vị trí: Xảy ra ở cấu trúc hạt grana của lục lạp, trong các túi dẹp (màng thylakoid). 
*Diễn biến: 
-Biến đổi quang lý: Diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng (photon) trở thành dạng kích động điện tử và chuyền (nhường) e- cho chuỗi chuyền điện tử trên màng thilakoid.
 Chl + hÖ D Chl* D Chl** (Chl: Chlorophyll-diệp lục)
-Biến đổi quang hoá: 
+ e- của diệp lục chuyền cho chuỗi chuyền điện tử → Tổng hợp ATP, đồng thời hình thành chất NADPH có tính khử mạnh 
+ Diệp lục mất e- giành giật e- của nước gây nên quá trình Quang phân li nước để lấy e- bù đắp e- đã mất..
 2H2O → 4H+ + O2 + 4e-
*PTPƯ:
 Ánh sáng
 12H2O + 18ADP + 18Pi + 12NADP+ → 18ATP + 12NADPH + 6O2 
 Chlorophyll
b)Pha tối của quang hợp (pha enzyme)
*Vị trí: Trong chất nền (stroma) của lục lạp ở cây xanh và tảo hoặc trong tế bào của vi khuẩn quang hợp.
*Cơ chế: 
Pha tối là pha khử CO2 nhờ ATP và NADPH được hình thành trong pha sáng để tạo các hợp chất hữu cơ (C6H12O6)
Pha tối được thực hiện theo ba chu trình tướng ứng với ba nhóm thực vật: 
*Con đường cố định CO2 ở thực vật C3 – Chu trình Calvin - Benson
*Phạm vi: Ở phần lớn thực vật, chủ yếu ở vùng ôn đới và á nhiệt đới, như: lúa, khoai, sắn, các loại rau, đậu Chúng sống trong điều kiện khí hậu ôn hoà: cường độ ánh sáng, nhiệt độ, nồng độ CO2, O2 bình thường. 
*Cơ chế: Gồm 4 giai đoạn:
-Giai đoạn 1: Giai đoạn carboxyl hoá
 Ở giai đoạn này 3 CO2 bị khử để hình thành sản phẩm đầu tiên của quang hợp là 6 phân tử APG.
-Giai đoạn 2: Giai đoạn khử
 6 APG bị khử tạo thành 6AlPG với sự tham gia của 6ATP và 6NADPH. 
-Giai đoạn 3: Giai đoạn phục hồi chất nhận RuBP
 5 AlPG → 3 RuBP
-Giai đoạn 4: Tổng hợp chất hữu cơ
*Con đường cố định CO2 ở thực vật C4 – Chu trình Hatch – Slack
*Phạm vi: Một số thực vật ở vùng nhiệt đới như: ngô, mía, có lồng vực, có gấu 
*Nguyên nhân: Sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài, ánh sáng cao, nhiệt độ cao, nồng độ CO2 giảm, nồng độ O2 tăng. Sản phẩm quang hợp đầu tiên là một chất hữu cơ có 4C trong phân tử (acid oxaloacetic – AOA)
*Thành phần tham gia: 2 dạng lục lạp với cấu trúc và chức năng khác nhau:
-Lục lạp ở tế bào mô giậu.
-Lục lạp của tế bào bao bó mạch.
*Cơ chế: Gồm chu trình nhỏ:
-Chu trình 1: Carboxyl hoá acid phosphoenolpyruvic
 Xảy ra ở lục lạp tế bào mô giậu.
-Chu trình 2: Tổng hợp monosaccharide
 Xảy ra ở lục lạp tế bào bao bó mạch.
Thực vật C4 cách ly RuBisCO ra khỏi oxy trong không khí bằng cách: Cố định carbon trong các tế bào thịt lá và sử dụng PEP kết hợp với CO2 nhờ PEP-carboxylase tạo thành oxaloacetate, malate để chuyên chở CO2 tới RuBisCO và phần còn lại của chu trình Calvin-Benson được cô lập trong các tế bào bó màng bao.
Trong lục lạp enzyme ribulose diphosphate-carboxylase hoạt động rất yếu hoặc không hoạt động, thay vào đó là enzyme phosphoenolpyruvate-carboxylase hoạt động mạnh → sản phẩm đầu tiên 4C là các acid oxaloacetic, acid malic, acid aspartic.
Chú ý: Chu trình C4 còn gọi là chu trình acid dicarboxylic vì sản phẩm đầu tiên có có 2 nhóm carboxyl.
*Con đường cố định CO2 ở thực vật CAM (Crassulaceae Acid Metabolism – trao đổi acid ở họ Thuốc bỏng)
*Phạm vi: Thực vật ở vùng sa mạc trong điều kiện khô hạn kéo dài như: dứa, xương rồng, thuốc bỏng, các cây mọng nước ở sa mạc do lấy được nước rất ít nên chúng phải tiết kiệm nước đến mức tối đa bằng cách đóng khí khổng ban ngày. Vì vậy quá trình nhận CO2 phải tiến hành vào ban đêm khi khí khổng mở.
*Cơ chế:
CO2 được hợp chất 3-carbon là phosphoenolpyruvate (PEP) carboxyl hóa thành oxaloacetat và sau đó bị khử để tạo ra malate (4C) và lưu trữ cùng các hợp chất hữu cơ đơn giản khác trong các không bào của chúng. 
Muối malate dễ dàng bị phá vỡ thành pyruvate và CO2, sau đó pyruvat được phosphoryl hóa để tái sinh photphoenolpyruvat (PEP). Trong thời gian ban ngày, acid malic bị chuyển ra khỏi các không bào và bị phân tách ra để tạo thành CO2 sao cho nó có thể được enzyme RuBisCO sử dụng trong chu trình Calvin-Benson trong chất nền đệm của lạp lục.
So sánh với Thực vật C4:
-Giống: Có khả năng quang hợp bình thường trong điều kiện nóng, thiếu CO2 bằng cách làm giàu CO2 trước khi chuyển đến rubisco. Đều cố định CO2 thành oxaloacetate ở tế bào thịt lá trước khi nhả CO2 để cung cấp cho chu trình Calvin Benson
-Khác: C4 cố định CO2 ở thịt lá rồi chuyển vào tế bào bó mạch để nhả CO2 ở đó. Nói cách khác: phân hóa quá trình làm giàu CO2 và chu trình Calvin theo sự sắp xếp không gian.
CAM cố định CO2 vào ban đêm và nhả CO2 vào ban ngày cùng ở tế bào thịt lá để tham gia vào chu trình Calvin. Nói cách khác: phân hóa quá trình làm giàu CO2 và chu trình Calvin theo thời gian.
Chú ý: Như vậy quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM đều giống nhau ở pha sáng, chúng chỉ khác nhau ở pha tối - tức là pha cố định CO2 . Tên gọi thực vật C3, C4 là gọi theo sản phẩm cố định CO2 đầu tiên, còn thực vật CAM là gọi theo đối tượng thực vật có con đường cố định CO2 này.
Ở thực vật C4, con đường cố định CO2 được phân biệt về mặt không gian thì ở CAM được phân biệt về mặt thời gian.
III. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM PHÂN BIỆT CÁC NHÓM THỰC VẬT C3, C4, CAM
Bảng : Các đặc điểm hình thái, giải phẫu, sinh lí, hoá sinh của các nhóm thực vật 
Đặc điểm
C3
C4
CAM
1. Hình thái, giải phẫu
- Có một loại lục lạp ở tế bào mô giậu.
- Lá bình thường
-Có hai loại lục lạp ở tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch.
-Lá bình thường
Có một loại lục lạp ở tế bào mô giậu
-Lá mọng nước
2.Cường độ quang hợp
10–30 mg CO2/dm2/giờ
30–60 mg CO2/dm2/giờ
10–15 mg CO2/dm2/giờ
3.Điểm bù CO2 
30 – 70 ppm
0 – 10 ppm
Thấp như C4
4.Điểm bù ánh sáng*
Thấp: 1/3 ánh sáng mặt trời toàn phần
Cao, khó xác định
Cao, khó xác định
5.Nhiệt độ thích hợp
20 – 30oC
25 – 35oC
Cao: 30 – 40oC
6.Nhu cầu nước
Cao
Thấp, bằng ½ thực vật C3
Thấp
7.Hô hấp sáng
Có
Không
Không
8.Năng suất sinh học
Trung bình
Cao gấp đôi thực vật C3
Thấp
III.MỐI QUAN HỆ GIỮA HAI PHA
MỘT SỐ CÂU HỎI ÔN TẬP
1.Năng lượng
1.Tại sao ATP được coi là “đồng tiền năng lượng” của tế bào ?
2.Vẽ sơ đồ cấu tạo tổng quát của phân tử ATP ? Trình bày cơ chế truyền năng lượng của ATP ?
2.Enzyme
1.Trình bày cấu trúc và cơ chế xúc tác và vai trò điều hoà tốc độ phản ứng của enzyme ?
2.Giải thích tại sao người ta có thể sử dụng cách cách: Đun nóng, ngâm chua, ướp lạnh để bảo quản thức ăn ?
3.Hô hấp:
1.Giai đoạn nào trong ba giai đoạn của hô hấp tế bào được xem là cổ nhất ? Giải thích ?
2.Tại sao quá trình hô hấp ở sinh vật nhân sơ giải phóng giải phóng 38ATP nhưng ở sinh vật nhân chuẩn chỉ giải phóng 36-38ATP ?
3.Quá trình OXH glucose ở tế bào tuy hiệu quả cao (khoảng 40% năng lượng) song lại không đạt hiệu suất 100%, tức là vẫn có sự hao phí dưới dạng nhiệt. Vậy nhiệt lượng hao phí đó có hoàn toàn là vô ích không ?
4.Cơ thể bạn chế tạo NAD+ và FAD từ hai loại vitamine B, niaxin và riboflavin. Bạn chỉ cần một lượng vitamine rất bé. Liều lượng cho phép được khuyến cáo là mỗi ngày chỉ 20mg niaxin và 1,7mg riboflavin. So với lượng glucose trong cơ thể ta cần mỗi ngày thì các lượng này cần ít nhất là bao nhiêu phân tử NAD+ và FAD ? Bạn có thể cho biết tại sao nhu cầu hàng ngày của bạn về các chất đó lại ít thế không ?
4.Quang hợp
1.So sánh quang hợp và hoá tổng hợp ?
2.Nêu hoạt động của nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ hợp chất chứa nito ?
3.Loại nào sau đây lấy CO2 nhanh hơn (tính theo đơn vị trọng lượng): Cây non, cây trưởng thành, cây già ? Khi chặt các cây già và gieo trồng mới lại thì có tác dụng gì đến hiệu ứng nhà kính ?
4.Mô tả ngắn gọn cây cối dùng đường sản xuất ra trong quang hợp để làm gì ?
5.Các nguyên tử oxy của glucose sản xuất bằng quang hợp đến từ nước hay từ CO2 ? Hãy bố trí thí nghiệm chứng minh ?
6.Giải thích tính thích nghi của các hình thức quang hợp ở thực vật ?
5.Tổng hợp:
1.Kể tên các hợp chất vận chuyển điện tử quan trọng trong tế bào ? Nếu thiếu các chất đó thì điều gì sẽ xảy ra ?
2.So sánh chuỗi vận chuyển e- trên màng thylakoid của lục lạp và chuỗi vận chuyển trên màng trong ty thể: (1) e- thu năng lượng từ đâu ? (2) Các e- thu được gì ở cuối chuỗi vận chuyển e- ? (3) Năng lượng dòng e- trao cho được sử dụng như thế nào ?
3.Tại sao quá trình quang hợp lại cần pha sáng trong khi ATP cần cho pha tối hoàn toàn có thể lấy từ quá trình hô hấp tế bào ?
4.Giả sử trung bình một ngày bạn cần 2200kcal cho duy trì cơ thể và hoạt động tuỳ ý. 
Giả thiết khẩu phần của bạn cung cấp trung bình mỗi ngày 2300kcal. Để tránh năng lượng tích luỹ vào mỡ làm tăng cân, bạn cần phải tập thể dục nhiều hơn. Mỗi tuần bạn phải dành mấy giờ đi bộ (hoặc bơi, hoặc chạy) để đốt cháy hết số calo thừa đó ?
Biết rằng đi bộ tiêu thụ 231 kcal/h, bơi 535 kcal/h, chạy 865 kcal/h.
5.Chứng minh năng lượng dùng cho mọi hoạt động sống có nguồn gốc từ năng lượng ánh sáng mặt trời ?

Tài liệu đính kèm:

  • docChuyen hoa nang luong hsg.doc