Sản phẩm chính của quang hợp là gì

Kết quả quang hợp trong thực vật

Nội dung chính

• Sản phẩm trung gian của quang hợp
• Các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ quang hợp
• Những gì không phải là một sản phẩm của quang hợp?
• Những điểm chính
• Các loại quang hợp
• Bộ máy quang hợp
• Quá trình quang hợp
• Quang hợp trong tương lai
• Video liên quan

Quang hợp là tên được đặt cho bộ phản ứng hóa học được thực hiện bởi thực vật để chuyển đổi năng lượng từ mặt trời thành năng lượng hóa học dưới dạng đường. Cụ thể, thực vật sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời để phản ứng carbon dioxide và nước để sản xuất đường [ glucose ] và oxy . Nhiều phản ứng xảy ra, nhưng phản ứng hóa học tổng thể cho quá trình quang hợp là:

6 CO 2 + 6 H 2 O + ánh sáng → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2

Carbon Dioxide + Nước + Năng suất nhẹ Glucose + Oxy

Trong một nhà máy, khí carbon dioxide đi vào thông qua lá stomates bởi sự khuếch tán . Nước được hấp thụ qua rễ và được vận chuyển đến lá qua xylem. Năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi chất diệp lục trong lá. Phản ứng quang hợp xảy ra trong lục lạp của thực vật. Trong vi khuẩn quang hợp, quá trình diễn ra nơi chất diệp lục hoặc một sắc tố liên quan được nhúng vào trong màng plasma. Oxy và nước sinh ra trong quá trình quang hợp thông qua các lỗ khí.

Trên thực tế, cây dự trữ rất ít glucose để sử dụng ngay lập tức. Các phân tử glucose được kết hợp bởi quá trình tổng hợp mất nước để tạo thành cellulose, được sử dụng làm vật liệu kết cấu. Tổng hợp mất nước cũng được sử dụng để chuyển đổi glucose thành tinh bột, mà thực vật sử dụng để lưu trữ năng lượng.

Sản phẩm trung gian của quang hợp

Phương trình hóa học tổng thể là một bản tóm tắt của một loạt các phản ứng hóa học. Những phản ứng này xảy ra trong hai giai đoạn.

Các phản ứng ánh sáng đòi hỏi ánh sáng [như bạn có thể tưởng tượng], trong khi các phản ứng tối được kiểm soát bởi các enzym. Chúng không đòi hỏi bóng tối xảy ra - chúng đơn giản không phụ thuộc vào ánh sáng.

Các phản ứng ánh sáng hấp thụ ánh sáng và khai thác năng lượng để chuyển điện tử dạng bột. Hầu hết các sinh vật quang hợp đều bắt được ánh sáng khả kiến, mặc dù có một số người sử dụng ánh sáng hồng ngoại.

Các sản phẩm của những phản ứng này là adenosine triphosphate [ ATP ] và giảm nicotinamide adenine dinucleotide phosphate [NADPH]. Trong tế bào thực vật, các phản ứng phụ thuộc ánh sáng xảy ra trong màng thylakoid lục lạp. Phản ứng tổng thể cho các phản ứng phụ thuộc ánh sáng là:

2 H 2 O + 2 NADP + + 3 ADP + 3 P i + ánh sáng → 2 NADPH + 2 H + + 3 ATP + O 2

Trong giai đoạn tối, ATP và NADPH cuối cùng giảm carbon dioxide và các phân tử khác. Carbon dioxide từ không khí được "cố định" thành một dạng sinh học có thể sử dụng, glucose. Trong thực vật, tảo và vi khuẩn lam, các phản ứng tối được gọi là chu kỳ Calvin. Vi khuẩn có thể sử dụng các phản ứng khác nhau, bao gồm cả chu trình Krebs ngược lại. Phản ứng tổng thể cho phản ứng độc lập với ánh sáng của một nhà máy [chu kỳ Calvin] là:

3 CO 2 + 9 ATP + 6 NADPH + 6 H + → C 3 H 6 O 3- phosphat + 9 ADP + 8 P i + 6 NADP + + 3 H 2 O

Trong quá trình cố định cacbon, sản phẩm ba-bon của chu trình Calvin được chuyển thành sản phẩm carbohydrate cuối cùng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ quang hợp

Giống như bất kỳ phản ứng hóa học nào, sự sẵn có của các chất phản ứng xác định lượng sản phẩm có thể được sản xuất. Hạn chế sự sẵn có của carbon dioxide hoặc nước làm chậm sản xuất glucose và oxy.

Ngoài ra, tốc độ phản ứng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và sự sẵn có của các khoáng chất có thể cần thiết trong các phản ứng trung gian.

Sức khỏe tổng thể của cây [hoặc sinh vật quang hợp khác] cũng đóng một vai trò. Tỷ lệ phản ứng trao đổi chất được xác định một phần bởi sự trưởng thành của sinh vật và cho dù đó là hoa hay mang quả.

Những gì không phải là một sản phẩm của quang hợp?

Nếu bạn được hỏi về quang hợp trong một thử nghiệm, bạn có thể được yêu cầu xác định các sản phẩm của phản ứng. Đó là khá dễ dàng, phải không? Một hình thức khác của câu hỏi là hỏi những gì không phải là một sản phẩm của quang hợp. Thật không may, đây sẽ không phải là một câu hỏi mở, mà bạn có thể dễ dàng trả lời bằng "sắt" hoặc "xe hơi" hoặc "mẹ của bạn". Thông thường đây là một câu hỏi trắc nghiệm, liệt kê các phân tử là chất phản ứng hoặc sản phẩm quang hợp.

Câu trả lời là bất kỳ sự lựa chọn nào ngoại trừ glucose hoặc oxy. Câu hỏi cũng có thể được đặt ra để trả lời những gì không phải là một sản phẩm của các phản ứng ánh sáng hoặc các phản ứng tối. Vì vậy, bạn nên biết các chất phản ứng tổng thể và các sản phẩm cho phương trình tổng hợp quang hợp, phản ứng ánh sáng và phản ứng tối.

Những điểm chính

• Trong quá trình quang hợp, năng lượng từ ánh sáng được sử dụng để chuyển đổi carbon dioxide và nước thành glucose và oxy.
• Đối với 6 carbon dioxide và 6 phân tử nước, 1 phân tử glucose và 6 phân tử oxy được tạo ra.

Plastids

Các sinh vật nhân thực quang hợp   chứa các bào quan được gọi là plastids trong tế bào chất của chúng. Theo một bài báo trên tạp chí Nature Education  của Cheong Xin Chan và Debashish Bhattacharya, các loài có nhiều màng ở sinh vật phù du được gọi là plastids thứ cấp. ở New Jersey.

Plastids thường chứa sắc tố hoặc có thể lưu trữ chất dinh dưỡng. Các tế bào bạch cầu không màu và không sắc tố lưu trữ chất béo và tinh bột, trong khi các tế bào sắc tố chứa carotenoid và lục lạp chứa chất diệp lục, như được giải thích trong cuốn sách của Geoffrey Cooper, ” The Cell: A Molecular Approach ” [Sinauer Associates, 2000].

Quá trình quang hợp xảy ra trong lục lạp; cụ thể là ở vùng grana và stroma. Grana là  phần trong cùng  của bào quan; một tập hợp các màng hình đĩa, xếp chồng lên nhau thành cột như đĩa. Các đĩa riêng lẻ được gọi là thylakoid. Tại đây diễn ra quá trình chuyển electron. Các khoảng trống giữa các cột grana tạo thành stroma.

Lục lạp tương tự như ti thể , trung tâm năng lượng của tế bào, ở chỗ chúng có bộ gen của riêng mình, hoặc bộ sưu tập gen, chứa trong DNA hình tròn. Những gen này  mã hóa các protein  cần thiết cho bào quan và quang hợp. Giống như ti thể, lục lạp cũng được cho là có nguồn gốc từ tế bào vi khuẩn nguyên thủy thông qua quá trình nội cộng sinh.

Antennae

Các phân tử sắc tố được liên kết với protein, cho phép chúng linh hoạt khi di chuyển về phía ánh sáng và hướng về nhau. Theo một bài báo của Wim Vermaas , giáo sư tại Đại học Bang Arizona, một tập hợp lớn từ 100 đến 5.000 phân tử sắc tố tạo thành “râu”. Các cấu trúc này thu nhận năng lượng ánh sáng từ mặt trời một cách hiệu quả, dưới dạng các photon.

Cuối cùng, năng lượng ánh sáng phải được chuyển đến một phức hợp protein-sắc tố có thể chuyển nó thành năng lượng hóa học, dưới dạng các electron. Ví dụ ở thực vật, năng lượng ánh sáng được chuyển đến các sắc tố diệp lục . Quá trình chuyển đổi thành năng lượng hóa học được thực hiện khi sắc tố diệp lục giải phóng một điện tử, sau đó có thể chuyển sang người nhận thích hợp.

Trung tâm phản ứng

Các sắc tố và protein, chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học và bắt đầu quá trình chuyển điện tử, được gọi là trung tâm phản ứng.

Quá trình quang hợp

Các  phản ứng quang hợp của thực vật  được chia thành phản ứng cần sự hiện diện của ánh sáng mặt trời và phản ứng không cần ánh sáng mặt trời. Cả hai loại  phản ứng đều diễn ra trong lục lạp : phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng trong thylakoid và phản ứng không phụ thuộc vào ánh sáng trong stroma.

Phản ứng phụ thuộc vào  ánh sáng [còn gọi là phản ứng ánh sáng]: Khi một photon ánh sáng chiếu vào trung tâm phản ứng, một phân tử sắc tố như diệp lục giải phóng một điện tử.

Baum nói với Live Science: “Bí quyết để thực hiện công việc hữu ích là ngăn không cho electron đó tìm đường trở lại ngôi nhà ban đầu của nó. “Điều này không dễ dàng tránh được, bởi vì chất diệp lục bây giờ có một ‘lỗ trống điện tử’ có xu hướng kéo các điện tử lân cận.”

Điện tử được giải phóng có thể thoát ra ngoài bằng cách di chuyển qua  chuỗi vận chuyển điện tử , chuỗi này tạo ra năng lượng cần thiết để sản xuất ATP [adenosine triphosphate, một nguồn năng lượng hóa học cho tế bào] và NADPH. “Lỗ trống điện tử” trong sắc tố diệp lục ban đầu được lấp đầy bằng cách lấy một điện tử từ nước. Kết quả là, oxy được giải phóng vào khí quyển.

Phản ứng không phụ thuộc vào ánh sáng [còn gọi là phản ứng tối và được gọi là chu trình Calvin]: Phản ứng ánh sáng tạo ra ATP và NADPH, là những nguồn năng lượng phong phú thúc đẩy phản ứng tối. Ba bước phản ứng hóa học tạo nên chu trình Calvin: cố định, khử và tái sinh cacbon. Các phản ứng này sử dụng nước và chất xúc tác. Các nguyên tử carbon từ carbon dioxide là “cố định”, khi chúng được xây dựng thành các phân tử hữu cơ mà cuối cùng tạo thành đường ba carbon. Sau đó, những loại đường này được sử dụng để tạo ra glucose hoặc được tái chế để bắt đầu lại chu trình Calvin.

Quang hợp trong tương lai

Các sinh vật quang hợp là một phương tiện khả thi để tạo ra nhiên liệu đốt sạch như hydro hoặc thậm chí là mêtan. Gần đây, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Turku ở Phần Lan đã khai thác khả năng sản xuất hydro của tảo lục. Tảo lục có thể tạo ra hydro trong vài giây nếu lần đầu tiên chúng tiếp xúc với điều kiện tối, kỵ khí [không có oxy] và sau đó tiếp xúc với ánh sáng. Nghiên cứu năm 2018 được công bố trên tạp chí Năng lượng & Khoa học Môi trường .

Các nhà khoa học cũng đã đạt được những tiến bộ trong lĩnh vực quang hợp nhân tạo. Ví dụ, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học California, Berkeley, đã phát triển một hệ thống nhân tạo để thu nhận carbon dioxide bằng cách sử dụng dây nano hoặc dây có đường kính vài phần tỷ mét. Các dây dẫn này đưa vào một hệ thống các vi khuẩn có chức năng khử carbon dioxide thành nhiên liệu hoặc polyme bằng cách sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời. Nhóm nghiên cứu đã công bố thiết kế của mình vào năm 2015 trên tạp chí Nano Letters .

Năm 2016, các thành viên của cùng nhóm này đã công bố một nghiên cứu trên tạp chí Science  mô tả một hệ thống quang hợp nhân tạo khác, trong đó vi khuẩn được thiết kế đặc biệt được sử dụng để tạo ra nhiên liệu lỏng sử dụng ánh sáng mặt trời, nước và carbon dioxide. Nói chung, thực vật chỉ có thể khai thác khoảng một phần trăm năng lượng mặt trời và sử dụng nó để tạo ra các hợp chất hữu cơ trong quá trình quang hợp. Ngược lại, hệ thống nhân tạo của các nhà nghiên cứu có thể khai thác 10% năng lượng mặt trời để tạo ra các hợp chất hữu cơ.

Việc tiếp tục nghiên cứu các quá trình tự nhiên, chẳng hạn như quang hợp, hỗ trợ các nhà khoa học trong việc phát triển các phương pháp mới để sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo khác nhau. Được xem như ánh sáng mặt trời, thực vật và vi khuẩn đều có mặt ở khắp mọi nơi, khai thác sức mạnh của quá trình quang hợp là một bước hợp lý để tạo ra nhiên liệu đốt sạch và trung tính carbon.

Trên đây là giải thích khái niệm quang hợp là gì và quá trình quang hợp mà Kinh Nghiệm Cho Bạn đã đưa tới cho các bạn.

Tôi thích suy nghĩ của bạn, hãy để lại bình luậnx