Lý thuyết quang hợp ở thực vật C3, C4 và CAM sinh học 11

Quang hợp ở thực vật C3, C4  và CAM

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

Các pha của quang hợp ở thực vật C₃

- Pha tối ở thực vật C₃ chỉ có chu trình Canvin, diễn ra trong chất nền của lục lạp:

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 là hợp chất 3C (Axit photphoglyxeric - APG)

* Giai đoạn khử

+ 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 Rib – 1,5 diP (ribulozo- 1,5 diphosphat).

+ Phần lớn AlPG qua nhiều phản ứng cần ATP → tái tạo nên RiDP để khép kín chu trình.

- 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 định 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 diến ra giai đoạn cố định CO₂ lần 2

+ AM bị phân hủy để giải phóng CO₂ cung cấp cho chu trình Canvin 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 Canvin 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.

- Để tránh mất nước, khí khổng các loài này đóng vào ban ngày và mở vào ban đêm và 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 phân chia thực hiện vào ban đêm và ban ngày.