Tại sao quá trình cố định CO2 được gọi là chu trình C3

BÀI 9: QUANG HỢP Ở NHÓM THỰC VẬT C3, C4 VÀ CAM

PHẦN I. KIẾN THỨC

- Quá trình quang hợp được chia thành 2 pha: pha sáng và pha tối. Quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM chỉ khác nhau ở pha tối.

I. THỰC VẬT C3

1. Khái quát về quang họp ở thực vật C3

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. 

PHẦN II - HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu 1. Nêu khái niệm và điều kiện cần có của pha sáng trong quang hợp.

Hướng dẫn:

- Pha ánh sáng của quang hợp là pha chuyển hoá 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 chỉ xảy ra ở tilacôit khi có ánh sáng chiếu vào diệp lục.

Câu 2. Ôxi trong quang hợp có nguồn gốc từ đâu?

Hướng dẫn:

- Ôxi trong quang hợp có nguồn gốc từ nước.

Câu 3. Nêu vai trò và sản phẩm của pha sáng trong quang hợp? Vì sao pha này xảy ra cần ánh sáng?

Hướng dẫn:

- Sản phẩm của pha sáng là: ATP, NADPH, O2

Câu 4. Những hợp chất nào mang năng lượng ánh sáng vào pha tối để đồng hóa CO2 thành cacbohiđrat?

Hướng dẫn:

- Những hợp chất mang năng lượng ánh sáng vào pha tối để đồng hóa CO2 thành cacbohiđrat là: ATP và NADPH.

Câu 5. Nêu sự giống và khác nhau giữa các con đường C3, C4 và CAM?

Hướng dẫn:

Câu 6. Pha sáng quang hợp cung cấp cho pha tối:

A. CO2 và ATP

B. Năng lượng ánh sáng

C. Nước và CK

D. ATP và NADPH

Câu 7: Giai đoạn quang hợp thật sự tạo nên C6H12O6 ở cây mía là:

A. Quang phân li nước

B. Chu trình Canvin

C. Pha sáng

D. Pha tối

PHẦN III - HỆ THỐNG CÂU HỎI MỞ RỘNG [TỰ GIẢI]

Câu 1. Cho biết sự khác nhau giữa hai pha của quá trình quang hợp.

Câu 2. Nêu những đặc điểm về cấu trúc của hạt lục lạp phù hợp với chức năng thực hiện pha sáng, pha tối quang hợp?

Câu 3. Giải thích sự xuất hiện các con đường cố định CO2 ở thực vật C4 và CAM.

Câu 4. So sánh 3 con đường C3, C4 và CAM trong quá trình quang hợp của các nhóm thực vật khác nhau

Câu 5. Trình bày mối liên hệ giữa pha sáng và pha tối trong quá trình quang hợp. Pha tối ở các nhóm thực vật khác nhau diễn ra vào thời điểm nào?

Câu 6. Vì sao nói quang hợp là quá trinh oxi hóa khử?

Câu 7. Oxi được sinh ra từ pha nào của quá trình quang hợp? Hãy biểu diễn đường đi của oxi qua các lớp màng để ra khỏi tế bào từ nơi được sinh ra.

Câu 8. So sánh đặc điểm quang hợp ở 3 nhóm thực vật?

Pha tối của quang hợp diễn ra ở đâu? Sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình C3 là gì? Tại sao người ta lại gọi con đường C3 là chu trình?

Pha tối của quang hợp diễn ra ở đâu? Sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình C3 là gì? Tại sao người ta lại gọi con đường C3 là chu trình?

Phương pháp giải - Xem chi tiết

Pha tối của quang hợp diễn ra trong chất nền của lục lạp.

Sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình C3 là một hợp chất có ba cabon [do đó chu trình này có tên là chu trình C3].

Người ta gọi đây là chu trình vì trong con đường này, chất kết hợp với CO2 đầu tiên là RuBP [một phân tử hữu cơ 5C] lại được tái tạo trong giai đoạn sau để con đường tiếp tục quay vòng.

Chương III Chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào SBT Sinh lớp 10. Giải bài 16, 17, 18 trang 146, 147 Sách Bài Tập Sinh học 10. Câu 16: Mô tả pha tối của quang hợp ?

Bài 16: Mô tả pha tối của quang hợp. Tại sao gọi pha tối của quang hợp là chu trình cố định CO2 ?

Trong pha tối, CO2  sẽ bị khử thành cacbohiđrat. Quá trình này còn được gọi là quá trình cố định CO2  vì nhờ quá trình này. các phân tử CO2  tự do được “cố định” lại trong các phân tử cacbohiđrat.

Hiện nay, người ta đã biết một vài con đường cố định CO2  khác nhau. Tuy nhiên, trong các con đường đó, chu trình C­3 là con đường phổ biến nhất. Chu trình C3 còn có một tên gọi khác là chu trình Canvin. Chu trình này gồm nhiều phản ứng hóa học kế tiếp nhau được xúc tác bởi các enzim khác nhau

Chu trình C3 sử dụng ATP và NADPH đến từ pha sáng để biến đổi CO2 của khí quyển thành cacbohiđrat.

Chất kết hợp với CO2, đầu tiên là một phân tử hữu cơ có 5 cacbon là ribulôzôđiphôtphat [RiDP]. Sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình là hợp chất có 3 cacbon. Đây chính là lí do dẫn đến cái tên C3 của chu trình. Hợp chất này được biến đổi thành Anđêhit phôtphoglixêric [A/PG]. Một phần A/PG sẽ được sử dụng để tái tạo RiDP. Phần còn lại biến đổi thành tinh bột và saccarôzơ. Thông qua các con đường chuyển hoá vật chất khác nhau, từ cacbohiđrat tạo ra trong quang hợp sẽ hình thành nhiều loại hợp chất hữu cơ khác

Bài 17: Lấy 4 ống nghiệm, cho vào mỗi ống 2ml dung dịch tinh bột 1%. Đặt ống 1 trong nồi cách thuỷ đang sôi, ống 2 vào tủ ấm ở 37OC  [nếu không có tủ ấm thì để ống nghiệm trong cốc nước], ống 3 vào nước đá, nhỏ vào ống 4 1 ml dung dịch iôt 0,3% để xác định mức độ thuỷ phân tinh bột ở bốn ống. Quan sát màu sắc của các ống nghiệm và giải thích.

Bài 18: Thí nghiệm về tính đặc hiệu của enzim :

a]    Chuẩn bị dung dịch saccaraza : cân lg men bia nghiền với lOml nước cất, để 30 phút rồi li tâm hoặc lọc bằng giấy lọc.

b]   Tiến hành thí nghiệm : Lấy 4 ống nghiệm, cho vào ống 1 và 2 mỗi ống lml dung dịch tinh bột 1%, cho vào ống 3 và 4 mỗi ống lml saccarôzơ 4%. Thêm vào ống 1 và ống 3 mỗi ống lml nước bọt pha loãng, thêm vào ống 2 và ống 4 mỗi ống lml dịch chiết men bia. Đặt cả 4 ống nghiệm vào tủ ấm 40°c trong 15 phút. Sau đó lấy ra cho thêm vào ống 1 và 2 mỗi ống ba giọt thuốc thử lugol, cho thêm vào ống 3 và 4 mỗi ống lml thuốc thử Phêlinh, đun trên đèn cồn đến khi sôi, quan sát màu sắc các ống nghiệm và giải thích.

Ống 1: Không màu vì enzyme amylase phân giải hết tinh bột thành glucose.

Ống 2: Tinh bột không bị phân giải bởi saccharase nên khi gặp thuốc thử lugol tạo thành màu xanh.

Ống 3. Saccharose không bị phân giải bởi amylase nên khi gặp thuốc thử phêlinh tạo thành dung dịch có màu.

Ống 4. Saccharose bị phân giải bởi amylase nên khi gặp thuốc thử phêlinh tạo thành dung dịch không màu.