Giáo án Sinh học Khối 10 nâng cao - Bài 25: Hóa tổng hợp và quang tổng hợp

HÓA TỔNG HỢP VÀ QUANG TỔNG HỢP I. Hóa tổng hợp 1. Khái niệm : Là quá trình tổng hợp chất hữu cơ từ CO2 nhờ năng lượng của các phản ứng hoá học do vi sinh vật thực hiện. Phương trình tổng quát: A (Chất vô cơ) + O2 ¾® AO2 + Q CO2 + RH2 + Q’ ®¾ Chất hữu cơ ( RH2 là chất hiđrô ) 2.Các nhóm vi khuẩn hoá tổng hợp a. Nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ các hợp chất chứa lưu huỳnh: 2H2S + O2 ® 2H2O + 2S + Q 2S + 2H2O + 3O2 ® 2H2SO4 + Q CO2 + 2H2S + Q’ ® 1/6 C6H12O6 + 2S + H2O b. Nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ các hợp chất chứa nitơ: Gồm 2 nhóm nhỏ: + Nhóm vi khuẩn nitrit hoá: Oxi hoá NH3 thành HNO2 2NH3 + 3O2 ®¾¾¾ 2HNO2 + H2O + Q CO2 + 2H+ + Q’ ® 1/6 C6H12O6 + H2O (Q’= 6%Q) + Nhóm vi khuẩn nitrat hoá: Oxi hoá HNO2 thành HNO3 2HNO2 + O2 ®¾¾¾ 2HNO3 + Q CO2 + 2H+ + Q’ ® 1/6 C6H12O6 + H2O (Q’= 7%Q) c. Nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ các hợp chất chứa sắt: 4FeCO3 + 6H2O + O2 ® 4Fe(OH)3 + 4CO2 + Q Nhoùm VK Loaïi VK laáy NL töø caùc hôïp chaát chöùa löu huyønh Loaïi VK laáy NL töø caùc hôïp chaát chöùa nitô Loaïi VK laáy NL töø caùc hôïp chaát chöùa saét Ñaïi dieän VK löu huyønh -VK nitrit hoaù (Nitrosomonas) - VK nitrat hoùa (Nitrobacter) VK saét Hoaït ñoäng VK oxi hoaù H2S taïo ra NL: H2S + O2 H2O + 2S + Q (1) 2S + 2H2O + 3O2 2 H2SO4 + Q (2) hôïp chaát höõu cô: 6CO2+ 12H2S + Q C6H12O6 + 6H2O + 12S (3) VK nitrit hoaù: Chuyeån hoaù NH3 (amoâniac) thaønh HNO2 (axit nitrô) ñeå laáy NL: 2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O + Q. 6% NL thu ñöôïc töø pöù treân duøng ñeå toång hôïp chaát höõu cô töø CO2 C02 + 4 H + Q 1/6 C6 H12 O6 + H 2O VK nitrat hoùa: oxi hoùa HNO2 thaønh HNO3 2 HNO2 +O2 HNO3 + Q 7% naêng löôïng thu ñöôïc töø phaûn öùng duøng ñeå toång hôïp chaát höõu cô töø C02 C02 + 4 H + Q 1/6 C6 H12 O6 + H 2O VK saét chuyeån hoùa Fe2+ thaønh Fe3+ . 4FeCO3 + O2 + 6H2O Fe(OH)3 +4CO2 + Q NL thu ñöôïc töø pöù treân duøng ñeå toång hôïp chaát höõu cô. Vai troø Laøm saïch moâi tröôøng nöôùc. Ñaûm baûo chu trình tuaàn hoaøn vaät chaát (chu trình Nitô) trong töï nhieân Nhờ hoạt động của nhóm vi khuẩn này mà Fe(OH)3↓ dần dần tạo ra các mỏ sắt. II.Quang tổng hợp: 1.Khái niệm: Là quá trình tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ, ánh sáng nhờ các sắc tố quang hợp hấp thu. CO2 + H2O + Q’ ® [CH2O] + O2 2.Sắc tố quang hợp: Lục lạp có hình cầu hoặc hình trứng, gồm: Cake phân tử hữu cơ có khả năng hấp thụ ánh sáng được gọi là sắc tố quang hợp Có 3 nhóm sắc tố là: carotenoit, phicobilin (sắc tố phụ màu vàng, da cam, đỏ tím), clorophil là sắc tố chính ( diệp lục có màu xanh) Cây rau rền tím có thực hiện quá trình quang hợp được ko? Mỗi loại sắc tố quang hợp chỉ hấp thụ ánh sáng ở những bước sóng xác định. Vì vậy mỗi loài cây có thể có nhiều loại sắc tố quang hợp (hệ sắc tố) Chất diệp lục có khả năng hấp thụ ánh sáng có chọn lọc, tham gia trực tiếp vào các phản ứng quang hóa Sắc tố phụ hấp thụ được 10-20% tổng năng lượng do lá cây hấp thu được, bảo vệ chất DL khỏi bị phân hủy khi ánh sáng quá cao 3.Cơ chế Quang hợp a.Tính chất 2 pha của quang hợp. ?Gồm 2 pha: Pha sáng: xảy ra ở Grana Pha tối: xảy ra ở Stroma a.Pha sáng: Diễn ra các biến đổi quang lý và quang hóa Năng lượng: ánh sáng, ATP. Nguyên liệu: nước, ADP, NADP+ Phản ứng: H2O + ADP + NADP+ ® O2 + ATP + NADPH @Diễn biến pha sáng + Giai đoạn quang lí: Diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời, một số electron bức ra khỏi quĩ đạo chuyển động và di chuyển qua nhiều chất nhận electron, sự di chuyển này tạo thế năng. + Giai đoạn quang hoá: - Tổng hợp ATP từ một phần năng lượng thế năng của diệp lục. - Quang phân li H2O theo phương trình: H2O ®¾ 2H+ + O2 + 2e - H+ kết hợp với chất nhận H là NADP+ tạo thành NADPH làm nguyên liệu cho pha tối. Các e tạo ra để bù electron cho diệp lục bị mất. Oxi giải phóng ra ngoài. b. Pha tối: @Gồm các phản ứng tổng hợp các chất hữu cơ từ CO2 không khí và từ ATP và NADPH của pha sáng, được xúc tác bỡi các enzim có trong stroma FCó nhiều con đường tổng hợp chất hữu cơ, sau đây là con đường phổ biến nhất: con đường C3 theo chu trình Canvin. Phân biệt pha sáng, pha tối Kết quả quang hợp Ngoài sáng: Cây xanh quang hợp tạo ra lượng chất hữu cơ trong lá nhiều gấp 20 lần nhu cầu ®cây dự trữ dinh dưỡng bằng cách: Gluco(lá)®Tinh bột(lá)®gluco(mạch rây) ®Gluco(thân, rễ)®tinh bột(thân, rễ). Ban đêm, hoặc mùa đông giá rét, nhu cầu dinh dưỡng lớn hơn®sử dụng dinh dưỡng dự trữ. ---------------------------------------------------------------------------------------------- 3.Cơ chế quang hợp: a.Tính chất hai pha của quang hợp: b.Pha sáng của quang hợp(pha cần ánh sáng): Quang phân li nước: Hình thành các chất có tính khử mạnh: + Tổng hợp ATP + Hình thành các chất có tính khử mạnh(NADPH ở thực vật và NADH ở vi khuẩn quang hợp) + Cung cấp O2 Oxi trong quang hợp có nguồn gốc từ nước,được tạo ra trong quá trình quang phân li nước. 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 Sau khi được tạo ra,oxi phải qua lớp màng của túi tilacoit rồi qua lớp màng kép của lục lạp và cuối cùng phải đi qua lớp màng kép sinh chất và thành tế bào để rời khỏi tế bào Vậy để ra khỏi tế bào oxi phải qua 5 lớp màng và thành tế bào: c) Pha tối của quang hợp Chu trình xảy ra 3 giai đoạn chính: Tiếp nhận CO2 : Ribulozo 1,5 điphotpho(RiDP) tiếp nhận CO2 sau đó biến đổi thành 2 phân tử axit photphoglixeric (APG) APG bị khử thành andehit photpho glixeric (Al PG) nhờ ATP và NADPH của pha sáng.Một phần Al PG sẽ tái tạo lại RiDP,phần còn lại tạo ra glucozo d.Mối quan hệ giữa hai pha: Cả hai pha đều xảy ra trong lục lạp:pha sáng ở hạt grana,pha tối ở chất nền của lục lạp Sản phẩm tạo ra từ pha sáng là ATP và NADPH được đưa vào pha tối và cung cấp năng lượng cho sự đồng hóa CO2 thành cacbon hidrat ở pha tối So sánh sự khác và giống nhau giữa pha sáng và pha tối Pha sáng Pha tối Nơi xảy ra Hạt grana, màng tilacôit Chất nền strôma Cơ chế Ásà dltố kích độngà quang phân li nước, hình thành NADPH, tổng hợp ATP Enzim xúc tác àChu trình Canvin (C3) nguyên liệu tham gia ÁS, H2O CO2 , ATP, NADPH, Ribôzơ 1-5diphotphat, và các enzim Sản phẩm tạo thành O2 , ATP, NADPH, H2O Các chất hữu cơ MỐI LIÊN QUAN GIỮA HÔ HẤP VÀ QUANG HỢP Đặc điểm Quang hợp Hô hấp PTTQ CO2 + H2Oà CH2O +O2 C6H12O6 + 6O6 à 6CO2 + 6H2O + Q Nơi thực hiện Lục lạp Ty thể Năng lượng Ánh sáng, H2O ATP Sắc tố Chủ yếu là diệp lục Không có Đặc điểm khác Tb quang hợp khi có đủ ás Mọi tb,mọi lúc, mọi nơi 1.Tại sao chu trình canvin tuy không phụ thuộc vào ánh sáng nhưng lại không xảy ra vào ban đêm??? Pha sáng bắt buộc diễn ra ngoài ánh sángvì nhiệm vụ là chuyển hoá năng lượng ánh sáng thành năng lượng trong ATP, NADPH. Năng lượng này được sử dụng ngay vào pha tối để tổng hợp chất hữu cơ. Vì vậy 2 pha này diễn ra đồng thời. Buổi tối pha sáng ngừng thì pha tối cũng ngừng Riêng thực vật CAM do nắng nên CO2 không vào được. Ban đêm lỗ khí mở CO2 vào khi đó xẩy ra đồng hoá CO2 tạo ra hợp chất 4C. Ban ngày hợp chất 4C phân giải giải phóng CO2 tham gia chu trình C3. Tóm lại pha sáng và pha tối đều diễn ra ban ngày 2. Lá cây màu đỏ quang hợp bằng cách nào? - Với nhiều người, hễ là thực vật thì hiển nhiên là có lá xanh. Vì lá xanh tức là có chất diệp lục, nhờ đó chúng mới quang hợp, tạo ra chất hữu cơ để sống chứ! Ấy thế mà có kẻ lại chơi trội. Như rau dền đỏ, gỗ thích chẳng hạn. Lá của chúng đỏ tía lai. Chúng sống bằng gì, khí trời chắc? - Đương nhiên là chúng cũng dùng rễ hút dinh dưỡng và dùng lá để quang hợp rồi. Tạo hoá màu mè chút thôi. Bởi vì những lá này tuy màu đỏ, nhưng trong lá vẫn có chất diệp lục. Còn sở dĩ có màu đỏ là vì nó có chứa chất antocyan màu đỏ. Tỷ lệ chất này trong lá so với diệp lục nhiều đến nỗi nó át cả màu xanh của diệp lục. Để chứng minh hiện tượng này, người ta chỉ cần nhúng những chiếc lá đỏ vào nước nóng, nó sẽ bộc lộ chân tướng ngay lập tức. - Khác với chất diệp lục, antocyan rất dễ bị hoà tan trong nước nóng. Vì vậy, khi bị luộc, chất antocyan sẽ tan dần và lá cây chuyển từ đỏ thành xanh. Vậy là, tuy lá cây có màu đỏ, nhưng nó vẫn chứa chất diệp lục như thường.