Phản ứng quang hợp của cây xanh là gì? Quá trình và ý nghĩa

phản ứng quang hợp của cây xanh

Hầu hết sự sống trên Trái đất đều phụ thuộc vào quá trình quang hợp, đặc biệt là đối với cây xanh. Vậy phản ứng quang hợp của cây xanh là gì? Đặc điểm và ý nghĩa của loại phản ứng này ra sao? Hãy cùng thietbiruaxegiare.net tìm hiểu cụ thể hơn về vấn đề này nhé! 

Phản ứng quang hợp của cây xanh là gì?

Phản ứng quang hợp là quá trình được sử dụng bởi thực vật, tảo và một số vi khuẩn để khai thác năng lượng từ ánh sáng mặt trời và chuyển hóa nó thành năng lượng hóa học. Trong quá trình quang hợp ở cây xanh, năng lượng ánh sáng được tiếp nhận và sử dụng để chuyển hóa nước, carbon dioxide, và khoáng chất thành oxy và các hợp chất hữu cơ giàu năng lượng.

phản ứng quang hợp của cây xanh
Bạn biết gì về phản ứng quang hợp của cây xanh?

Quá trình diễn ra phản ứng quang hợp của cây xanh

Trong quá trình phản ứng quang hợp của cây xanh xảy ra, thực vật hấp thụ khí cacbonic (CO2) và nước (H2) từ không khí và đất. Trong tế bào thực vật, nước bị oxy hóa, nghĩa là mất điện tử, trong khi khí cacbonic bị khử, có nghĩa là nó nhận được điện tử. Điều này biến nước thành oxy và carbon dioxide thành glucose. Sau đó, cây sẽ giải phóng oxy trở lại không khí và tích trữ năng lượng trong các phân tử glucose.

Phương trình quang hợp:

6CO2 + 12 H2OC6H1O6 + 6O2 + 6 H2O

quá trình quang hợp của cây xanh
Quá trình quang hợp của cây xanh

Các loại quang hợp

Có hai loại quá trình phản ứng quang hợp của cây xanh đó là: quang hợp oxy và quang hợp thiếu oxy. Các nguyên tắc chung của quang hợp oxy và thiếu oxy rất giống nhau, nhưng quang hợp oxy là phổ biến nhất và được thấy ở các loại thực vật, tảo và vi khuẩn lam. 

Phản ứng quang hợp có oxy

  • Trong quá trình quang hợp tạo oxy, năng lượng ánh sáng chuyển các electron từ nước  (H2O) thành carbon dioxide (CO2), để tạo ra carbohydrate. 
  • Trong quá trình chuyển giao này, CO2bị “khử” hoặc nhận điện tử, và nước bị “oxy hóa” hoặc mất điện tử. Cuối cùng, oxy sẽ được tạo ra cùng với carbohydrate.
  • Quang hợp oxy có chức năng như một đối tượng quan trọng với hô hấp bởi nó hấp thụ khí cacbonic do tất cả các sinh vật hô hấp tạo ra và tái tạo lại oxy cho bầu khí quyển.
  • Phương trình quang hợp oxy:

6CO2  + 12H2O + Năng lượng ánh sáng → C 6H12O6  + 6O2  + 6H2O

Tại đây, 6 phân tử carbon dioxide (CO2) kết hợp với 12 phân tử nước (H2O) sử dụng năng lượng ánh sáng. Kết quả cuối cùng là sự hình thành một phân tử carbohydrate đơn (C 6H12O6 hoặc glucose) cùng với 6 phân tử oxy thở và nước.

phân loại phản ứng quang hợp ở cây xanh
Quang hợp được phân thành 2 loại chính

Phản ứng quang hợp thiếu oxy

Quang hợp thiếu oxy sử dụng các chất cho điện tử không phải là nước. Quá trình này thường xảy ra ở những vi khuẩn như vi khuẩn màu tím và vi khuẩn lưu huỳnh màu xanh lục; chủ yếu được tìm thấy trong các môi trường dưới nước khác nhau.

Các phản ứng quang hợp thiếu oxy khác nhau có thể được biểu diễn chung dưới dạng một công thức tổng quát duy nhất như sau:

CO2  + 2H2A + Năng lượng ánh sáng → [CH2O] + 2A + H2O

Chữ A trong phương trình là một biến và H2A đại diện cho chất cho electron tiềm năng. Ví dụ, A có thể đại diện cho lưu huỳnh trong hidrosunfua cho electron (H2S).

Ý nghĩa của phản ứng quang hợp của cây xanh

Giải đáp: Quang hợp của cây xanh có ý nghĩa gì? Trong các chuỗi thức ăn tự nhiên, những sinh vật quang dưỡng (sống nhờ vào nguồn năng lượng do quang hợp) thường là những “mắt xích” đầu tiên: Nghĩa là những sinh vật còn lại đều sử dụng sản phẩm của quá trình quang hợp để phục vụ nhu cầu dinh dưỡng của chúng.

Vì vậy, quang hợp là chuỗi phản ứng hóa học quan trọng bậc nhất trên trái đất. Quang hợp đóng vai trò tạo năng lượng cho sự sống trong sinh quyển. Quá trình phản ứng quang hợp của cây xanh cũng sản sinh ra khí oxi, tạo nên một bầu khí quyển chứa nhiều oxy cho trái đất. Một bầu khí quyển vốn dĩ chỉ chứa nitơ và cacbonic trước khi có sinh vật quang dưỡng.

quang hợp của cây xanh có ý nghĩa gì
Tìm hiểu quang hợp của cây xanh có ý nghĩa gì?

Ở thực vật, quá trình quang hợp chủ yếu được thực hiện nhờ vào diệp lục. Sắc tố này thường chứa ở trong các bào quan gọi là lục lạp. Mặc dù, hầu hết các loài thực vật đều có màu xanh, năng lượng của quá trình quang hợp chủ yếu được thu nhận từ lá. Quá trình quang hợp ở thực vật, tảo và vi khuẩn lam sử dụng chlorophyll và sản sinh ra oxy.

Bộ máy quang hợp của cây xanh

Sau đây là các thành phần tế bào cần thiết cho quá trình quang hợp ở thực vật:

Lá – cơ quan thực hiện nhiệm vụ quang hợp

Cơ quan thực hiện nhiệm vụ quang hợp ở thực vật chủ yếu là lá. Tiếp theo là đến các phần xanh khác như bông lúc còn xanh, bẹ lá,…Chính vì vậy lá có những đặc điểm đặc biệt về  hình thái, cũng như cấu tạo giải phẫu phù hợp với chức năng quang hợp.

Hình thái lá

Là thường có dạng bản và mang đặc tính hướng sang ngang, nên luôn luôn vận động sao cho mặt phẳng của lá vuông góc với tia sáng của Mặt Trời để nhận được nhiều năng lượng ánh sáng nhất.

lá thực hiện nhiệm vụ quang hợp cho cây xanh
Lá thực hiện nhiệm vụ quang hợp cho cây

Về giải phẫu

Đầu tiên phải kể đến lớp mô giậu dày có chứa nhiều lục lạp nằm sát ngay mặt trên lá dưới lớp biểu bì trên. Các tế bào mô giậu được xếp khít nhau theo từng lớp nhằm hấp thụ được nhiều năng lượng ánh sáng. Đây được gọi là lớp mô đồng hóa của lá. Sát với lớp mô đồng hóa của lá là lớp mô xốp có những khoảng trống gian bào lớn (nơi chứa CO2 cung cấp cho quá trình quang hợp).

Ngoài ra lá còn có mạng lưới mạch dẫn dày đặc đảm nhận nhiệm vụ dẫn nước và muối khoáng cho quá trình quang hợp và dẫn những sản phẩm quang hợp đến các cơ quan khác. Cuối cùng là hệ thống dày đặc các khí ở mặt trên và mặt dưới lá giúp khí CO2, O2, H2O đi vào và đi ra khỏi lá một cách dễ dàng.

Lục lạp (Chloroplast)- Bào quan đảm nhiệm chức năng quang hợp

Tương tự như lá, lục lạp cũng có những đặc điểm về hình thái, giải phẫu thích ứng:    

Hình thái lục lạp

Hình thái của lục lạp rất đa dạng. Với những loài thực vật bậc thấp, vì không bị ánh sáng Mặt Trời trực tiếp thiêu đốt quá nóng, nên lục lạp của chúng có nhiều hình dạng khác nhau như: hình vuông, hình cốc hoặc hình sao. Ở nhóm thực vật bậc cao, lục lạp thường có hình bầu dục nhằm thuận tiện cho quá trình tiếp nhận ánh sáng Mặt Trời. Khi ánh sáng Mặt Trời quá mạnh, lục lạp có khả năng xoay bề mặt tiếp xúc nhỏ nhất của mình về phía ánh sáng của Mặt Trời.

hình thái lục lạp
Đặc điểm hình thái của lục lạp

Số lượng và kích thước lục lạp

Số lượng của lục lạp trong tế bào của các loài thực vật khác nhau. Đối với tảo mỗi tế bào có khi chỉ có chứa một lục lạp. Đối với thực vật bậc cao, mỗi tế bào của mô đồng hóa có thể từ 20 đến 100 lục lạp. Ở lá thầu dầu, 1 mm2 có từ 3.107 – 5.107 lục lạp. Nếu đem cộng diện tích lục lạp lại, sẽ có tổng diện tích lục lạp lớn hơn cả diện tích lá.

Đối với một số thực vật nhiệt đới (thực vật thuộc nhóm C4) lục lạp gồm có hai loại: 

  • Lục lạp của tế bào mô giậu thường có grana phát triển đầy đủ
  • Lục lạp của tế bào bao bó mạch có grana phát triển không đầy đủ và phần lớn ở dạng bản mỏng (tilacoit). Trong hạt lục lạp này thường chứa nhiều hạt tinh bột lớn.

Thành phần hóa học của lục lạp

Thành phần hóa học của lục lạp rất phức tạp, cụ thể: 

  • Nước: 75%
  • Chất khô: 70 – 72% 
  • Chất khoáng, Protein: 30 – 45%
  • Lipid: 20 – 40%

Các nguyên tố khoáng thường gặp trong lục lạp là Fe (80%), Zn (65 – 70%), Cu (50%), K, Mg, Mn…Trong lục lạp có chứa nhiều loại vitamin khác nhau như: A, D, K, E. Lục lạp có chứa trên 30 loại enzim khác nhau. Những enzim này thuộc các nhóm enzim thủy phân và enzim của hệ thống oxi hóa khử.

lục lạp có chức năng gì
Những thành phần hóa học có trong lục lạp

Như vậy qua thành phần hóa học trên, chúng ta có thể thấy rằng ngoài quá trình quang hợp của cây xanh, lục lạp còn là nơi thực hiện quá trình tổng hợp lipit, photpholipit, protein và các axit béo. Từ đó, có thể khẳng định rằng: lục lạp là trung tâm hoạt động hóa học và sinh học mà quá trình quang hợp là một trong những quá trình trao đổi chất quan trọng nhất.

Các sắc tố quang hợp

Bằng những phương pháp sắc ký và quang phổ hiện đại, đến nay đã phân biệt 4 nhóm sắc tố chính trong lá cây đó là: clorophyl, carotenoit, phycobilin và các sắc tố của dịch tế bào (antoxian).

Nhóm 1. Nhóm sắc tố diệp lục (Clorophin)

– Nhóm sắc tố diệp lục có vai trò gì?

Nhóm sắc tố diệp lục Clorophin là nhóm sắc tố chiếm vai trò quan trọng nhất đối với quang hợp. Bởi nó có khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng Mặt Trời và biến năng lượng hấp thụ ấy sang dạng năng lượng hóa học. Trong khi đó các nhóm sắc tố khác không thực hiện được chức năng này một cách trực tiếp và  đầy đủ.

Người ta đã phân thành nhiều loại clorophin bởi sự khác nhau giữa chúng về một số chi tiết cấu tạo và cực đại hấp thụ bức xạ ánh sáng. Về cấu tạo chung của clorophin, chúng ta chú ý đến các đặc điểm sau: 

  • 4 nhân tử pyrol liên kết với nhau bằng các cầu nối metyl (-CH =) nhằm tạo nên vòng porphyrin với nguyên từ Mg ở giữa.  
  • Liên kết thật và giả với những nguyên tử N của các nhân pyron hai nguyên tử H ở nhân pyron vòng xiclopentan và gốc rượu phytol. 
– Công thức cấu tạo của Clorophin:

Dưới đây là công thức tổng quát và công thức cấu tạo của một số loại clorophin:

Clorophin a : C55H72O5N4Mg

Clorophin b : C55H70O6N4Mg

Nhìn vào công thức cấu tạo, ta có thể thấy trong phân tử của clorophin có nhiều nối đôi cách đều. Đây là kiểu nối đôi cộng đồng, kiểu nối đôi thể hiện khả năng hấp thụ mạnh nguồn năng lượng ánh sáng.

nhóm sắc tố diệp lục
Sắc tố diệp lục đóng một vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp

Nhóm 2. Nhóm sắc tố Carotenoit

Dựa vào cấu trúc hóa học và tính chất sinh học, người ta chia nhóm sắc tố Carotenoit thành những nhóm như sau:

Dựa vào cấu trúc hóa học

Dựa vào cấu trúc hóa học, Carotenoit được phân thành 2 loại sau:

  • Caroten ( C10H56) là một loại cacbohidrat chưa bão hoà, không tan được trong nước mà chỉ tan được trong dung môi hữu cơ. Công thức cấu tạo gồm một mạch cacbon dài bởi 8 gốc isopren và hai đầu là một hoặc hai vòng ionon.

Trong  thực vật thường có ba loại: a, b và y caroten. Cắt đôi b caroten thu được hai phân tử vitamin A.

  • Xantophyl: C40H56On ( n=16) là dẫn xuất của caroten. Vì nguyên tử  oxi có thể là 1 đến 6 nên có nhiều loại xantophin, cryptoxanthin                (C40H56O), lutein(C40H56O2), …Các nguyên tử oxi liên kết trong các nhóm: hidroxi, epoxy, keto, cacboxi, axetoxi, hoặc metoxi,…
sắc tố carotenoid
Các loại rau củ có màu đỏ cam là nhờ vào sắc tố Carotenoid
Dựa vào tính chất sinh học

Dựa vào tính chất sinh học, nhóm sắc tố Carotenoit được chia thành 2 nhóm:

  • Nhóm carotenoit sơ cấp: thực hiện nhiệm vụ hoạt động quang hợp hoặc bảo vệ
  • Nhóm carotenoit thứ cấp: chứa trong các cơ quan như hoa, quả và các cơ quan hóa già hoặc bị bệnh khi thiếu dinh dưỡng khoáng.

Nhóm sắc tố xanh ở Tảo (Nhóm Phycobilin)

Đây là nhóm sắc tố này rất quan trọng đối với tảo và các nhóm thực vật sống ở nước. Nhóm sắc tố này thích nước, trong tế bào chúng liên kết với protein, nên có tên gọi là lipoprotein hay phycobiliprotein, gồm phycoerythrin 

(C34H47N4O8và phycocyanin (C34H42N4O9).

Công thức cấu tạo của nhóm sắc tố này gồm có 4 vòng pyrol xếp thẳng (không khép kín), nối với nhau bằng các cầu nối metyl (= CH-).

nhóm Phycobilin
Nhóm sắc tố xanh ở Tảo

Hy vọng với những thông tin chúng tôi chia sẻ ở trên đã giúp bạn đọc hiểu được phản ứng quang hợp của cây xanh là gì cũng như đặc điểm ý nghĩa của phản ứng quang hợp. Các bạn hãy truy cập vào thietbiruaxegiare.net mỗi ngày để cập nhật thêm nhiều thông tin hay và thú vị khác nhé! Xin cảm ơn!