Mô tả quá trình quang hợp ở thực vật, từ việc hấp thụ ánh sáng, chuyển hóa năng lượng ánh sáng sang năng lượng hóa học, đến việc tổng hợp đường. Giải thích vai trò của diệp lục, thylakoid, chất nền str...

Dưới đây là mô tả chi tiết quá trình quang hợp ở thực vật, bao gồm cơ chế hấp thụ và chuyển hóa năng lượng ánh sáng, tổng hợp đường, vai trò của các thành phần diệp lục, thylakoid, stroma, cũng như mối liên hệ với hô hấp tế bào và chu trình cacbon toàn cầu. 1. Tổng quan về quang hợp – Quang hợp là quá trình thực vật (và một số vi sinh vật) sử dụng năng lượng ánh sáng để chuyển CO₂ và H₂O thành đường (C₆H₁₂O₆) và giải phóng O₂. – Diễn ra chủ yếu ở lục lạp (chloroplast) của tế bào mô giậu lá. 2. Pha sáng (Light Reaction) – xảy ra trên màng tilacôit (thylakoid membrane) a. Hấp thụ ánh sáng và kích hoạt diệp lục • Diệp lục a, b và các sắc tố phụ (carotenoid) ở hệ quang PSII và PSI hấp thụ photon. • Năng lượng ánh sáng được truyền từ sắc tố này sang sắc tố kia, cuối cùng kích thích electron trong diệp lục a của trung tâm phản ứng. b. Phân ly nước (photolysis) tại PSII • Nước bị phân thành H⁺, e⁻ và O₂. • O₂ thải vào khí quyển, H⁺ tích lũy trong lòng tilacôit. c. Chuỗi truyền electron và tạo năng lượng • Electron đi qua chuỗi vận chuyển electron (gồm plastoquinone, bọc cytochrome, plastocyanin) từ PSII đến PSI, giải phóng năng lượng. • Năng lượng này bơm H⁺ từ chất nền (stroma) vào lòng tilacôit, tạo gradien proton. d. Tổng hợp ATP (quang phosphoryl hóa) • Proton quay trở lại chất nền qua ATP synthase, sinh ATP từ ADP + Pi. e. Tái khử NADP⁺ • Tại PSI, electron được tái kích thích và chuyển qua ferredoxin đến NADP⁺ reductase, sinh NADPH. Kết quả pha sáng: ATP và NADPH (nguồn năng lượng và chất khử cho pha tối), O₂ thải ra ngoài. 3. Pha tối (Calvin Cycle) – diễn ra trong chất nền stroma của lục lạp a. Cố định CO₂ • Enzyme Rubisco gắn CO₂ vào ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP) tạo 2 phân tử 3-phosphoglycerate (3-PGA). b. Khử 3-PGA thành G3P • Sử dụng ATP và NADPH từ pha sáng để chuyển 3-PGA thành glyceraldehyde-3-phosphate (G3P). c. Tái sinh RuBP • Một phần G3P được sử dụng để tổng hợp đường (glucose, sucrose…), phần còn lại dùng ATP để tái sinh RuBP, duy trì chu trình. 4. Vai trò các thành phần chính – Diệp lục: hấp thụ photon, khởi tạo dòng electron. – Màng thylakoid: nơi tập trung hệ quang PSII, PSI, chuỗi truyền electron và ATP synthase. – Chất nền stroma: nơi diễn ra pha tối và chứa các enzyme của chu trình Calvin. 5. Liên hệ với hô hấp tế bào – Sản phẩm quang hợp (glucose, O₂) là cơ chất cho hô hấp tế bào: + Glucose bị phân giải trong glycolysis, chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển electron để sinh ATP. + O₂ là chất nhận điện tử cuối cùng, thải H₂O. – Năng lượng ATP/NADPH từ quang hợp luân chuyển qua hô hấp, duy trì trao đổi năng lượng trong tế bào và sinh vật. 6. Vai trò trong chu trình cacbon toàn cầu – Thực vật hấp thụ CO₂ (một khí nhà kính) để cố định cacbon, làm giảm nồng độ CO₂ khí quyển. – O₂ sinh ra hỗ trợ đời sống hiếu khí. – Khi thực vật, sinh vật chết hoặc bị phân hủy, CO₂ lại được giải phóng, duy trì cân bằng chu trình cacbon. – Quang hợp chiếm khoảng 50–60% tổng lượng cố định CO₂ toàn cầu, đóng vai trò then chốt trong điều hòa khí hậu và chu trình sinh địa hóa. Tóm lại, quang hợp là tập hợp hai pha gắn liền: pha sáng trên màng thylakoid tạo ATP, NADPH và O₂; pha tối trong stroma dùng ATP/NADPH cố định CO₂ thành đường. Quá trình này không chỉ nuôi sống bản thân thực vật mà còn cung cấp năng lượng, khí O₂ cho cả hệ sinh thái, đồng thời điều hòa lượng CO₂ trong khí quyển, gắn liền mật thiết với hô hấp tế bào và chu trình cacbon toàn cầu.