Khác nhau trong quang hợp của thực vật dạng c4 và c3 là gì
Các ự khác biệt chính giữa thực vật C3 và C4 là thực vật C3 tạo thành hợp chất ba cacbon là ản phẩm ổn định đầu tiên của phản ứng tối trong khi thực vật C4 tạo
Khái niệm
Phần đầu của bài viết so sánh sự giống và khác nhau giữa thực vật C3, C4 và CAM, hãy cùng Đâytìm hiểu khái niệm của từng loại thực vật trên nhé!
Thực vật C3 là gì?
Thực vật C3 là nhóm thực vật cố định CO2 theo con đường C3 [chu trình canvin]. Đó là những thực vật mà sản phẩm ban đầu là 3-photphoglycerat với 3 nguyên tử cacbon.
Thực vật C3 còn được gọi là cây ôn đới. Những cây này khử thành khí cacbonic trực tiếp trong lục lạp.
Thực vật C3, có nguồn gốc từ đại Trung Sinh và đại Cổ Sinh, là xuất hiện trước thực vật C4. Hiện nay, thực vật C3 vẫn chiếm khoảng 95% sinh khối thực vật của Trái Đất. Chúng gồm các loài rêu đến các cây gỗ lớn phân bố rộng khắp mọi nơi.
Chúng có xu hướng phát triển tốt trong các khu vực với các điều kiện sau: cường độ ánh sáng mặt trời và nhiệt độ là vừa phải, hàm lượng dioxide cacbon là khoảng 200 ppm hoặc cao hơn, nước ngầm đầy đủ.
Thực vật C4 là gì?
Thực vật C4 là nhóm thực vật cố định dioxide cacbon thành các hợp chất đường 4 cacbon để đi vào chu trình C3 hoặc chu trình calvin. Thực vật C4 bao gồm một số loại sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như mía, ngô, cao lương [miến lúa].
Thực vật C4 sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài, ánh sáng và nhiệt độ cao quanh năm. Vì vậy, các loài cây C4 có khả năng thích ứng nhiệt độ cao, cường độ quang hợp cao [cần nhiều ánh sáng], nhu cầu nước thấp [chịu hạn tốt].
Đặc điểm bên ngoài của dòng thực vật C4 là lá nhỏ và mảnh, chứa ít nước. Do vậy, C4 ít bị mất nước và héo úa khi gặp nhiệt độ cao như các loại C3 [ngay cả khi bị cắt đứt ra khỏi thân thì là vẫn xanh trong nhiều giờ thậm chí nhiều ngày].
Thực vật CAM là gì?
Thực vật CAM hay quang hợp CAM với CAM là từ viết tắt của Crassulacean acid metabolism [trao đổi chất axít Crassulacea]. Đây là nhóm thực vật cố định cacbon dioxide bằng con đường CAM hoặc chuyển hóa axit Crassulacean.
CAM là cơ chế thông thường tìm thấy trong các thực vật sinh sống trong các điều kiện khô hạn. Chúng bao gồm các loài tìm thấy trong sa mạc [xương rồng hay dứa].
Nó được đặt tên theo họ thực vật mà cơ chế này lần đầu tiên được phát hiện ra, là họ Cảnh thiên [Crassulaceae] bao gồm các loài thực vật mọng nước như cảnh thiên, thuốc bỏng,…
Quang hợp ở nhóm thực vật C3
Quá trình quang hợp chia thành 2 pha : pha sáng và pha tối.
Quá trình quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4và CAM chỉ khác nhau chủ yếu trong pha tối
I. THỰC VẬT C3
1. Pha sáng
- Pha sáng của quang hợp 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
- Nguyên liệu : năng lượng ánh sáng mặt trời và ôxi được giải phóng qua quang phân li nước
- Sản phẩm của pha sáng: ATP, NADPH và O2.
2. Pha tối
- Pha tối [pha cố định CO2diễn ra ở chất nền [strôma] của lục lạp.
- Nguyên liệu : CO2và sản phẩm của pha sáng là ATP và NADPH
- Sản phẩm : cacbohidrat
- Pha tối diễn ra theo chu trình Canvin, có 3 giai đoạn:
+ Giai đoạn cố định CO2: CO2bị khử để tạo nên sản phẩm đầu tiên của quang hợp là hợp chất 3C axit photphoglixeric [APG]
+ Giai đoạn khử axit photphoglixeric [APG] thành aldehit photphoglixeric [AlPG]
+ Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu là ribulozo – 1,5 – điphotphat [Rib – 1,5 – điP]
Kết thúc giai đoạn khử có phân tử AlPG, là chất khởi đầu để tổng hợp nên C6H12O6, rồi từ đó tổng hợp nên tinh bột, saccarozo, axit amin, lipit trong quang hợp.
Loigiaihay.com
-
Quang hợp ở thực vật C4
Quang hợp ở thực vật C4: các phản ứng ở chu trình C4
-
Quang hợp ở thực vật CAM
Quang hợp ở thực vật CAM: các phản ứng của chu trình CAM
-
Xem hình 9.1 và 9.2 rồi chỉ rõ sản phẩm của pha sáng chuyển cho pha tối là gì?
Giải bài tập câu hỏi thảo luận số 1 trang 41 SGK Sinh học 11.
-
Hãy chỉ ra trên hình 9.2 các điểm mà tại đó sản phẩm của pha sáng đi vào chu trình Canvin.
Giải bài tập câu hỏi thảo luận số 2 trang 41 SGK Sinh học 11.
-
Quan sát các hình 9.2 và 9.3 rồi rút ra những điểm giống nhau và khác nhau về quang hợp giữa thực vật C3 và C4.
Giải bài tập câu hỏi thảo luận trang 42 SGK Sinh học 11.
Answers [ ]
* Giống nhau:
-Đều là pha cố định CO2để tổng hợp các chất hữu cơ.
–Diễn biến có thực hiện chu trình Canvin.
*Khác nhau:
-ĐẠI DIỆN:
THỰC VẬT C3: Hầu hết các loại thực vật.
THỰC VẬT C4: Mía, ngô, cao lương, rau dền…
THỰC VẬT CAM: Xương rồng, dứa, thanh long.
-ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG:
THỰC VẬT C3:Môi trường sống có cường độ ánh sáng từ thấp tới trung bình.
THỰC VẬT C4: Môi trường sống có cường độ ánh sáng cao.
THỰC VẬT CAM: Sống ở hoang mạc, thiếu nước.
-Vị trí tế bào quang hợp:
THỰC VẬT C3:Tế bào mô giậu
THỰC VẬT C4: Tế bào mô giậu, tế bào bao bó mạch.
THỰC VẬT CAM: Tế bào mô giậu
–THỜI ĐIỂM CỐ ĐỊNH CO2
THỰC VẬT C3: Khi có ánh sáng.
THỰC VẬT C4: Vào sáng sớm hoặc chiều tối[ ánh sáng yếu].
THỰC VẬT CAM: Vào ban đêm.
-CHẤT NHẬN CO2:
THỰC VẬT C3: RiDP[ Ribulozo 1,5 đi photphat]
THỰC VẬT C4: PEP[ photpho enol piruvat]
THỰC VẬT CAM: Pep
-SẢN PHẨM ĐẦU TIÊN:
THỰC VẬT C3: APG [Axit photpho glixeric] có 3C.
THỰC VẬT C4: AOA[ axit oxalo axetic]-> Axit malic.
THỰC VẬT CAM: AOA => Axit malic.
-HIỆU SUẤT:
THỰC VẬT C3: Thấp tới trung bình.
THỰC VẬT C4: Cao.
THỰC VẬT CAM: Thấp.
#Chỗ nào nhìn không rõ thì hỏi mình nha! Xin ctrlhn ạ ^_^
@trinhthuy1987.Giải thích các bước giải:
Giống nhau:
+ Quang lí: Diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời => dạng kích thích
+ Quang phân li nước: Sử dụng năng lượng mà diệp lục nhận được để phân li nước
+ Quang hoá: hình thành ATP, NADPH
Mục lục
- 1 Cơ chế
- 2 Giải phẫu lá C4
- 3 Sự tiến hóa và ưu thế của cơ chế C4
- 4 Xem thêm
- 5 Tham khảo
Cơ chếSửa đổi
Cơ chế C4 được M. D. Hatch và C. R. Slack, hai nhà nghiên cứu người Australia, phát hiện năm 1966, vì thế đôi khi nó còn được gọi là cơ chế Hatch-Slack.
Ở thực vật C3, bước đầu tiên trong các phản ứng phụ thuộc ánh sáng của quang hợp là quá trình cố định CO2 bằng enzym RuBisCO thành 3-phosphorglyxerat. Tuy nhiên, do hoạt động kép caxboxylaza / oxygenaza của RuBisCO, nên một lượng chất nền bị oxy hóa thay vì bị cacboxylat hóa, tạo ra sự thất thoát chất nền và làm tiêu hao năng lượng, người ta gọi là quang hô hấp [hay hô hấp sáng]. Nhằm tránh hiện tượng quang hô hấp, thực vật C4 đã phát triển một cơ chế nhằm chuyển giao CO2 tới enzym RuBisCO có hiệu quả hơn. Chúng sử dụng kiểu lá đặc biệt của mình, trong đó lạp lục tồn tại không những chỉ ở các tế bào thịt lá thuộc phần bên ngoài của lá [tế bào mô giậu] mà còn ở các tế bào bó màng bao. Thay vì cố định trực tiếp trong chu trình Calvin-Benson, CO2 được chuyển hóa thành axít hữu cơ chứa 4-cacbon và có khả năng tái sinh CO2 trong các lạp lục của các tế bào bó màng bao. Các tế bào bó màng bao sau đó có thể sử dụng CO2 này để sinh ra các cacbohydrat theo kiểu cố định cacbon C3 thông thường.
Bước đầu tiên trong cơ chế này là cố định CO2 bằng enzym phosphorenolpyruvat cacboxylaza [PEP cacboxylaza] tồn tại trong các tế bào thịt lá:
PEP cacboxylaza + PEP + CO2 → axit oxaloaxetatPEP cacboxylaza có động lực học Michaelis-Menten [Km] thấp hơn cho CO2 - và vì thế có ái lực cao hơn RuBisCO. Ngoài ra, O2 là chất nền rất kém cho enzym này. Vì vậy, ở các nồng độ tương đối thấp của CO2, phần lớn CO2 sẽ được cố định theo cơ chế này.
Sản phẩm thông thường được chuyển hóa thành malat, một hợp chất hữu cơ đơn giản, và nó được vận chuyển tới các tế bào bó màng bao, vây quanh gân lá gần đó, tại đây nó được decacboxylat hóa để giải phóng CO2, và dioxide cacbon sẽ tham gia vào chu trình Calvin-Benson. Quá trình decacboxylat hóa giải phóng pyruvat để vận chuyển ngược trở lại thịt lá và bị phosphorrylat hóa trong phản ứng được pyruvat orthophotphat dikinaza [PPDK] xúc tác, để tái sinh PEP bằng cách mất đi của nhóm phosphor và một phân tử ATP.
Do mọi phân tử CO2 đều bị cố định hai lần, cơ chế C4 là tiêu tốn năng lượng hơn so với cơ chế C3. Cơ chế C3 đòi hỏi 18 ATP để tổng hợp một phân tử glucoza trong khi cơ chế C4 đòi hỏi 24 ATP. Nhưng do nếu khác đi thì các thực vật nhiệt đới sẽ mất trên một nửa cacbon quang hợp trong quang hô hấp, nên cơ chế C4 là cơ chế thích nghi để giảm thiểu thất thoát.
Có một vài biến thể của cơ chế này:
- Axít 4-cacbon được vận chuyển từ các tế bào thịt lá có thể là malat như trên đây, nhưng cũng có thể là aspartat.
- Axít 3-cacbon được vận chuyển ngược từ các tế bào bó bao bó mạch về các tế bào thịt lá có thể là pyruvat như trên đây, nhưng cũng có thể là alanin.
- Enzym xúc tác quá trình decacboxylat hóa trong các tế bào bó màng bao là khác nhau, tùy theo loài. Ở ngô và mía, enzym là NADP-malic enzym, ở kê nó là NAD-malic enzym còn trong cỏ Guinea [Panicum maximum] thì enzym đó là PEP cacboxykinaza.
I.Thực vật C3
1. Chutrình Calvin
Chu trình Calvin[còn được gọi làchu trình Calvin–Benson-Bassham;chu trình khử pentose phosphat;chu trình C3haychu trình CBB] là mộtchuỗicácphản ứnghóa sinhthuộc dạngoxy hóa khửdiễn ra theo chu kì trongchất nềncủalục lạpởthực vậthay cácsinh vậtcó khả năngquang hợp. Trong thực vật, chu trình Calvin còn được gọi là "pha tối" của toàn bộ quá trình quang hợp vì nó diễn ra trong môi trường không cần ánh sáng chiếu trực tiếp vào [trong khi đó quá trình hấp thu ánh sáng bởi chlorophyll được gọi làpha sáng].
Trong chu trình này, năng lượng [dưới dạng ATP và NADPH] mà thực vật hấp thu được trongánh sángsẽ sử dụng để biến lượng CO2hấp thu được thành các phân tửđườngtỉ nhưglycerandehit-3-phosphat[G3P] vàglucose. Nói cách khác, năng lượng dưới dạng ATP và NADPH sẽ được chuyển sang tích trữ trong liên kết hóa học của các đường này.
2. Sản phẩm của chu trình Calvin
Sản phẩm tức thời của 1 chu trình Calvin là 2 phân tử glycerandehit-3-photphat [G3P], 3 ADP, và 2 NADP+ [ADP and NADP+ không hẳn làsản phẩmChúng lại được dùng trong pha sáng củaquang hợpđể sản sinh NADPH và ATP].
Mỗi phân tử G3P bao hàm 3 cacbon. Để cho chu trình Calvin tiếp tục hoạt động, RiDP [ribulose 1,5-diphotphat] phải được tái sản sinh. Vì vậy, 5 trong số 6 cacbon trong 2 phân tử G3P sẽ được "đầu tư" vào 1 chu trình mới và kết quả là số "lãi" sinh ra trong mỗi chu trình Calvin là 1 cacbon.
Điều này có nghĩa là, để tạo ra 1 phân tử G3P [3 cacbon] hoàn chỉnh cần đến 3 chu trình vàcon sốnày là 6 đối với một phân tửđường glucose[6 cacbon]. Sản phẩm của chu trình Calvin có thể được chuyển hóa thành các loại chất đường bột khác tỉ như tinh bột, sucroza, xenluloza, tùy vào nhu cầu của thực vật.
3.Chu trình quang hợpở thực vật C3
* 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 tilacôit khi có chiếu sáng.
- Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân li nước,O2được giải phóng làO2của nước.
- ATP và NADPH của pha sáng được sử dụng trong pha tối để tổng hợp các hợp chất hữu cơ.
* Pha tối
- Pha tối ở thực vậtC3diễn ra trong chất nền [strôma] của lục lạp.
- Pha tối ở thực vậtC3chỉ có một chu trình Canvin, được chia thành 3 giai đoạn:
+ Giai đoạn cố địnhCO2.
+ Giai đoạn khử APG [axit phôtphoglixêric]→AlPG [aldehit phosphoglixeric]→tổng hợp nênC6H12O6→tinh bột, axit amin…
+ Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu là Rib – 1,5 điP [ribulôzơ – 1,5 điphôtphat].