Sinh học 10 Chân trời sáng tạo Bài 15: Tổng hợp các chất và tích luỹ năng lượng

- Tổng hợp là quá trình hình thành các chất hữu cơ phức tạp từ các chất đơn giản dưới sự xúc tác của enzyme. Ví dụ: tổng hợp protein từ các amino acid, tổng hợp nucleic acid từ các nucleotide, tổng hợp lipid từ glycerol và acid béo,... Quá trình tổng hợp có vai trò cung cấp nguyên liệu cấu tạo nên tế bào và cơ thể, đồng thời tích luỹ năng lượng cho tế bào,

Hình 15.1. Sơ đồ minh hoạ quá trình tổng hợp các chất

- Trong quá trình tổng hợp có sự hình thành liên kết hoá học giữa các chất phản ứng với nhau để tạo thành sản phẩm. Như vậy, năng lượng có trong liên kết hoá học của các chất phản ứng được tích luỹ trong liên kết hoá học của sản phẩm.

a. Khái niệm quang hợp

- Quang hợp là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ nhờ năng lượng ánh sáng được hấp thụ bởi hệ sắc tổ quang hợp.

- Phương trình tổng quát của quang hợp ở thực vật: \(6C{O_2} + 6{H_2}O\xrightarrow[{Sắc tố QH}]{{AS}}{C_6}{H_{12}}{O_6} + 6{O_2}\)

b. Cơ chế quang hợp

Hình 15.2. Sơ đồ hơi pha của quá trình quang hợp

- Pha sáng được thực hiện nhờ có hệ sắc tố quang hợp và các thành phần của chuỗi chuyển electron quang hợp nằm trên màng thylakoid. Trong đó, năng lượng ánh sáng được hệ sắc tố hấp thụ sẽ được chuyển vào chuỗi chuyển electron quang hợp để tổng hợp ATP NADPH. Phân tử O₂ được giải phóng từ pha sáng có nguồn gốc từ các phân tử nước.

Hình 15.3. Sơ đồ tóm tắt chu trình Calvi

Pha tối (còn gọi là chu trình Calvin) diễn ra ở chất nền của lục lạp, là pha khử CO, để hình thành carbohydrate nhờ ATP và NADPH lấy từ pha sáng.

c. Vai trò của quang hợp

Quang hợp có nhiều vai trò quan trọng đối với thực vật và đời sống con người như: tổng hợp các chất và tích luỹ năng lượng; cung cấp nguồn dinh dưỡng nuôi sống gần như toàn bộ sinh giới; cung cấp nguồn nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp, xây dựng và y học; điều hoà hàm lượng O₂ và CO₂ trong khí quyển.

a. Vai trò của quá trình hoá tổng hợp ở vi khuẩn

- Các loài vi khuẩn hoá tự dưỡng có khả năng đồng hoá CO₂ để hình thành các hợp chất hữu cơ khác nhau nhờ năng lượng của các phản ứng oxi hoá. Quá trình này được gọi là hoá tổng hợp.

- Các loài vi khuẩn khác nhau có thể thực hiện quá trình oxi hoa nhiều hợp chất khác nhau để lấy năng lượng. Một phần năng lượng giải phóng ra được dùng để tổng hợp chất hữu cơ. Các nhóm vi khuẩn hoá tổng hợp chủ yếu gồm:

+ Nhóm vi khuẩn oxi hoá lưu huỳnh: gồm các vi khuẩn có khả năng oxi hoá các hợp chất chứa lưu huỳnh (H₂S, S) thành sulfuric acid (HSO₄), một phần năng lượng từ quá trình đó được dùng để tổng hợp chất hữu cơ.

+ Nhóm vi khuẩn oxi hoá nitrogen: gồm các vi khuẩn nitrit hoá (oxi hoá NH₃ thành HNO₂) và nitrate hoá (oxi hoá HNO₂ thành HNO₃), Chúng sử dụng 6 – 7 % năng lượng để tổng hợp glucose từ CO₂. 

+ Nhóm vi khuẩn oxi hoá sắt: gồm các nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ quá trình oxi hoá sắt hoá trị hai (FeCO₃) thành sắt hoá trị ba (Fe(OH)₃).

Hình 15.4. Hoạt động chuyển hoá nitrogen của vi khuẩn

b. Vai trò của quá trình quang khử ở vi khuẩn

- Quang tổng hợp ở vi khuẩn là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để khử CO, thành chất hữu cơ. Tuỳ vào sản phẩm được tạo thành, quang tổng hợp ở vi khuẩn được chia thành hai dạng: quang hợp (thải O₂) và quang khử (không thái O₂). là giữ Quá trình này được thực hiện nhờ các phân tử sắc tố nằm trên mảng thylakoid (có nguồn gốc từ màng sinh chất).

- Vi khuẩn lam dùng H2O là chất cho electron và H⁺ như ở thực vật và có giải phóng khí O₂ .Trong khi đó, vi khuẩn lưu huỳnh lục và tia lại dùng H₂S, S hoặc H₂ là chất cho electron và H⁺ và không giải phóng khi O₂ 

Ví dụ: 6CO₂+12H₂S + sắc tổ quang hợp →C₆H₁₂O₆ +6H₂O +12S

- Quá trình quang khử ở vi khuẩn có vai trò cung cấp nguồn chất hữu cơ cho các loài sinh vật dị dưỡng, góp phần điều hoà khí quyển và làm giảm ô nhiễm môi trường.