Quang hợp ở thực vật C3, C4 và CAM

Quang hợp ở thực vật ${\mathrm{C}}_3,{\mathrm{C}}_4$,  và CAM

Quá trình quang hợp được chia thành 2 pha: pha sáng và pha tối. Quang hợp ở các nhóm thực vật ${\mathrm{C}}_3,{\mathrm{C}}_4$ và CAM chỉ khác nhau ở pha tối.

I. THỰC VẬT ${\mathrm{C}}_3$

Thực vật ${\mathrm{C}}_3$ gồm các loài rêu đến các cây gỗ lớn phân bố rộng khắp mọi nơi trên Trái Đất.

Các pha của quang hợp ở thực vật ${\mathrm{C}}_3$

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 trong lục lạp tại tilacôit.

- Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân li nước → Giải phóng oxi, bù lại electron cho diệp lục a, các proton ${\mathrm{H}}^{+}$ đến khử ${\mathrm{NADP}}^{+}$ thành NADPH:

$2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \to 4{\mathrm{H}}^{+} +4{\mathrm{e}}^{-}+ {\mathrm{O}}_2$

- ATP và NADPH của pha sáng được sử dụng trong pha tối để tổng hợp các hợp chất hữu cơ.

b. Pha tối:

- Pha tối ở thực vật ${\mathrm{C}}_3$ chỉ có chu trình Canvin, diễn ra trong chất nền của lục lạp:

Chu trình Canvin gồm 3 giai đoạn:

* Giai đoạn cố định ${\mathrm{CO}}_2$:

+ Chất nhận ${\mathrm{CO}}_2$ 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 ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6$ 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.

II. THỰC VẬT ${\mathrm{C}}_4$

Gồm một số loài ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như: mía, ngô, cao lương… sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài, nhiệt độ, ánh sáng cao

Chu trình quang hợp ở thực vật ${\mathrm{C}}_4$

- 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 ${\mathrm{CO}}_2$ đầu tiên

+ Chất nhận ${\mathrm{CO}}_2$ 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 ${\mathrm{CO}}_2$ lần 2

+ AM bị phân hủy để giải phóng ${\mathrm{CO}}_2$ 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 ${\mathrm{CO}}_2$ đầu tiên là PEP.

+ Chu trình Canvin diễn ra như ở thực vật ${\mathrm{C}}_3$

Thực vật ${\mathrm{C}}_4$ ưu việt hơn thực vật ${\mathrm{C}}_3$ :

- Cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù ${\mathrm{CO}}_2$ thấp hơn, điểm bảo hòa ánh sáng cao hơn, nhu cầu nước thấp → thực vật ${\mathrm{C}}_4$ có năng suất cao hơn thực vật ${\mathrm{C}}_3$

- Chu trình ${\mathrm{C}}_4$ gồm 2 giai đoạn: giai đoạn đầu theo chu trình ${\mathrm{C}}_4$ 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

- Gồm những loài mọng nước, sống ở vùng hoang mạc khô hạn như: xương rồng, dứa, thanh long …

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 và cố định ${\mathrm{CO}}_2$ theo con đường CAM.

- Vào ban đêm, nhiệt độ môi trường xuống thấp, tế bào khí khổng mở ra, ${\mathrm{CO}}_2$ khuếch tán qua lá vào

+ Chất nhận ${\mathrm{CO}}_2$ 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 ${\mathrm{CO}}_2$ cung cấp cho chu trình  Canvin và axit piruvic tái sinh chất nhận ban đầu PEP

- Chu trình CAM gần giống với chu trình ${\mathrm{C}}_4$, điểm khác biệt là về thời gian: cả 2 giai đoạn của chu trình ${\mathrm{C}}_4$ đều diễn ra ban ngày; còn chu trình CAM thì phân chia thực hiện vào ban đêm và ban ngày.

Sơ đồ tư duy Quang hợp ở thực vật ${\mathrm{C}}_3,{\mathrm{C}}_4$, CAM: