Tính hướng sáng

•Chồi cây thường sinh trưởng hướng đến ánh sáng dương.Nó là kết quả của sự phân bố auxin không đều trong chồi cây và mầm.

•Nguyên nhân của hiện tượng này là do một loại hormone có tên là Auxin.Hormmon này tập trung nhiều hơn ở phần không đước chiếu sáng,nó kích thích sinh trưởng ở vùng này mạnh hơn làm cây xanh cong về phía ánh sáng,hướng phần đỉnh sinh trưởng của mình về phía đó

Cơ chế tác động của Auxin

Quang chu kì

Quang chu kì là những phản xạ vật lí của sinh vật với sự dài ngắn khác nhau của ngày và đêm

Dựa vào quang chu kì có thể chia thực vật làm 3 loại

• Cây ngày ngắn:nở hoa khi ngày ngắn đêm dài

(VD:hoa trạng nguyên)

• Cây ngày dài:nở hoa khi ngày dài đêm ngắn

(VD:cây rau cải)

• Cây trung tính:sự nở hoa không phụ thuộc độ dài của ngày đêm (VD:cây cà chua)

Quang chu kì

Quang chu kỳ phụ thuộc vào sắc tố cảm quang gọi là phytochrome có ở mặt trong lá.Phytochrome tồn tại ở hai dạng mà có thể biến đổi lẫn nhau nhờ ánh sáng có bước sóng thích hợp

Chu trình chuyển hóa Phytochrome

Ảnh hưởng của Phytochrome tới sự sinh trưởng

Sự nảy mầm

• Ánh sáng đỏ kích thích sự nảy mầm

• Ánh sáng hồng ngoại kìm hảm sự nảy mầm

Sleep movements

Hấp thụ ánh sáng

6CO2 + 12H2O + light energy → C6H12O6 + 6O2

•Sự hấp thụ ánh sáng mặt trời thông qua quá trình quang hợp là khởi nguồn cho chu trình quay vòng năng lượng trên trái đất .

•Quá trình này xảy ra ở các quang sinh vật.

•Ở thực vật,quang hợp xảy ra chủ yếu ở lá và 1 số mô khác có chứa lục lạp.

Lá và quang hợp

•Sự hấp thụ ánh sáng mặt trời xảy ra do các sắc tố quang hợp.•Có nhiều loại sắc tố,mỗi loại hấp thu ánh sáng ở 1 bước sóng khác nhau.•Ở thực vật có 2 loại sắc tố chính là chlorophyll và carotenoid.Ngoài ra còn 1 số loại sắc tố khác như phycobilin (ở thực vật bậc thấp) hay antoxian (trong dịch tế bào)

- Chlorophyll gồm 2 phần: nhân diệp lục và đuôi diệp lục.

Ở thực vật bậc cao có 2 loại chlorophyll là chlorophyll a (C55H72MgN4O5) và chlorophyll b (C55H70MgN4O6) nhau ở gốc R

- Carotenoid gồm caroten (C40H56) và xantophyll

1. Tính huỳnh quang:là biểu hiện hấp thụ ánh sáng đầu tiên của phân tử diệp lục,là trạng thái kích thích singlet.

2. Tính lân quang:là khả năng tiếp tục phát quang mạnh khi đã tắt ánh sáng kích thích. Đó là do phân tử chuyển từ trạng thái Triplet kích thích xuống trạng thái cơ bản.

3. Quang phổ hấp thụ của các sắc tố quang hợp

• Chlorophyll:do có hệ thống nối đôi đơn cách đều dẫn đến có tính quang hóa mạnh.Khả năng hấp thụ ánh sáng phụ thuộc vào số liên kết đôi vì nó tồn tại đám mây electron π linh động,năng lượng liên kết nhỏ dễ bị kích động khi tiếp nhận năng lượng ánh sáng(trạng thái kích thích của diệp lục)

• Chlorophyll hấp thụ ánh sáng đỏ với cực đại bước sóng 680nm và ánh sáng xanh tím bước sóng 430nm. Ánh sáng xanh lá cây không được diệp lục hấp thụ mà phản xạ toàn bộ nên lá cây có màu xanh. Trong lá cây, phân tử diệp lục liên kết với protein khác nhau nên chúng có cực đại hấp thụ sai khác nhau ít nhiều tạo nên các phân tử diệp lục P700 và P680….

Đặc tính quang học của các sắc tố

• Khả năng hấp thụ ánh sáng của carotenoid do hệ thông liên kết đơn đôi quy định

- Caroten hấp thụ ánh sáng truyền đến chlorophyll a.

- Xantophyll tham gia vào quá trình quang phân vi nước để giải phóng oxi vào không khí, cung cấp điện tử và H+ cho quá trình khử CO2.

Caroten + hvCaroten* Caroten* + Diệp lục Diệp lục* + Caroten

Đặc tính quang học của các sắc tố

Quá trình này bao gồm các bước:

1. Cholorophyll hấp thụ năng lượng mặt trời hoạt hóa electrons

2. Electrons đi qua chuỗi truyền điện tử

• Bơm H+ vào trong thylakoid

• Sử dụng nó để tạo thành ATP từ ADP và NADPH từ NADP

Sự hấp thu ánh sáng và chuyển hóa nó thành năng lượng xảy ra

trong pha sáng của quá trình quang hợp

Sự hấp thụ ánh sáng

•Có 2 con đường electrons xen kẽ

-Con đường electrons không tuần hoàn(Noncyclic electron pathway) -Con đường electrons tuần hoàn(Cyclic electron pathway)

•Năng lượng được hấp thụ bới các quang hệ

•Phức hệ sắc tố giúp tích lũy năng lượng mặt trời như 1 cái ăng ten

•Diễn ra ở màng thylakoid

•Cả 2 con đường đều tạo ATP

•Con đường electrons không tuần hoàn tạo ra cả NADPH

Noncyclic Electron Pathway

Quang phân nước

Noncyclic Electron Pathway

Cyclic Electron Pathway

Cấu tạo Thylakoid

Kết quả của quá trình hấp thụ ánh sáng trong pha sáng của quá trình quang hợp là tạo thành ATP và NADPHĐây là nguồn nguyên liệu để tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ trong pha tối của quang hợp thông qua chu trình Calvin

Photosynthetic bacteria

Một số loài vi khuẩn quang tự dưỡng

Từ trái qua phải: Chloroflexus (green non-sulfur bacteria, Chloroflexaceae)

Rhodospirillum (purple bacteria, Rhodospirillaceae) Chlorobium (green sulfur bacteria, Chlorobiaceae) Heliobacterium (Gram-positive, Heliobacteriaceae)

Nostoc (Cyanobacteria, Nostocaceae)

Vi khuẩn lam

• Những cơ thể nhân nguyên thuỷ, có khả năng quang hợp hiếu khí (quang tự dưỡng vô cơ) và dùng H2O làm chất cho điện tử trong quá trình quang hợp.

• Chứa chlorophyll a và 1 số sắc tố khác định vị trong các màng quang hợp chuyên hóa (thylakoid) được tạo nên do sự gấp nếp của màng tế bào

Cơ chế hấp thụ ánh sáng ở Vi khuẩn lam tương tự như ở thực

vật,vậy ta chỉ xét cơ chế này ở các dạng vi khuẩn khác.

Sự khác nhau giữa thực vật và vi sinh vật

Thực vật Vi sinh vật

- Quang phân nước để sản sinh ATP và NADPH

- Có 2 quang hệ:quang hệ I và quang hệ II

-Có khả năng cố định CO2 và sản sinh O2

- Hấp thụ ánh sáng tím và đỏ

-6CO2 + 6H2O -----> C6H12O6 +6O2

- Không quang phân nước

- Chỉ có 1 quang hệ(quang hệ I)

- H2O không phải là chất cho điện tử,không tạo thành O2

-Hấp thụ ánh sáng cớ bước sóng dài hơn(Hồng ngoại,tử ngoại)

- CO2 + 2H2A -----> CH20 + H20 +2AA không phải là O

• Kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang tự dưỡng vô cơ

• Bacteriochlorophyll a và b

• Hệ thống quang hợp chứa các màng hình cầu hay hình phiến (lamellar) gắn với màng sinh chất.

•

• Nguồn cho điện tử là H2, H2S hay S .

Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía

Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía

• Vi khuẩn quang dị dưỡng hữu cơ,thường kỵ khí bắt buộc

• Một số loài là quang tự dưỡng vô cơ không bắt buộc

• Chứa Bacteriochlorophyll a hoặc b, hệ thống quang hợp chứa các màng hình cầu hay hình phiến (lamellar) gắn với màng sinh chất.

• Chất cho điện tử: chất hữu cơ, đôi khi là hợp chất lưu huỳnh dạng khử hoặc H2

• Kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang tự dưỡng vô cơ

• Có Bacteriochlorophyll a,c,d,e, chlorophyll a,caroten nhóm 5

• Hệ thống quang hợp liên quan đến các lục thể (chlorosom), độc lập đối với màng sinh chất.

• Chất cho điện tử thường là H2, H2S hay S .

Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục

Vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục

• Đa bào, dạng sợi, thường kỵ khí không bắt buộc ,thường là quang dị dưỡng, có loài quang tự dưỡng hoặc hoá dị dưỡng.

• Có bacteriochlorophyll a,c, trong điều kiện kỵ khí thấy có chlorosome.

• Chất cho điện tử trong quang dị dưỡng là glucose, axit amin, axit hữu

cơ; trong quang tự dưỡng là H2, H2S

Chlorophyll a và bacteriochlophyll a

Heliobacteria• Vi khuẩn Gram dương,kị khí

• Sắc tố bacteriachlorophyll g và OH-Chl a

• Sử dụng nguồn cacbon hữu cơ

• Cố định nitơ

Hấp thụ ánh sáng ở vi sinh vật

Tổng hợp NADPH

1. Sống ở môi trường có H2

H2 + NADP+ NADPH2

hydrogenase

2.Dòng electron đảo ngược trong chuỗi truyền điện tử

H2S S

S + NADP SO4-2 + NADPH2

3.Chu trình electron không tuần hoàn đơn giản

Halobacteria

• Không có chlorophyll

• Không có chuỗi truyền điện tử

• Sắc tố Bacteriorhodopsin hoạt động như 1 bơm proton để sản sinh năng lượng tuy nhiên không tạo thành lực khử.

• Sử dụng nguồn cacbon hữu cơ

• Không có khả năng cố định CO2

Bacteriorhodopsin