Quang Hợp

sự tổng hợp chất hữu cơ nhờ năng lượng ánh sáng do diệp lục hấp thụ (trừ một nhóm nhỏ vi khuẩn có thể quang tổng hợp từ các hợp chất vô cơ) ở tất cả các cây xanh, một số sinh vật nhân sơ (tảo lam, một số vi khuẩn). Ở cây xanh, QH xảy ra trong lục lạp của lá. QH là nguồn cung cấp cacbon và năng lượng cho tất cả các sinh vật (trừ sinh vật hoá tự dưỡng). Cơ chế QH rất phức tạp, gồm hai giai đoạn: phản ứng sáng, phản ứng tối. Phản ứng chung của QH ở cây xanh có thể tóm tắt bằng phương trình:

                                                        (năng lượng ánh sáng)

6CO2 + 6H2O ––––————––→ 6(CH2O) + 6O2

                          diệp lục (cây xanh)


Trong phản ứng sáng, năng lượng ánh sáng được chất diệp lục và các sắc tố khác hấp thụ và bắt đầu một chuỗi các phản ứng hoá học mà trong đó, nước và oxi được giải phóng. Hiđro từ nước đính với các phân tử khác và được sử dụng để khử cacbon đioxit thành cacbon hiđrat trong phản ứng tiếp theo. Phản ứng sáng liên quan đến sự chuyển ADP thành ATP trong quá trình photphoryl hoá. Quá trình này xảy ra cùng phản ứng chuyển điện tử, bắt nguồn từ hai hệ thống: sắc tố và quang hoá I và II. Mỗi hệ thống có sự tham gia của các dạng clorophin a, các sắc tố phụ và các chất mang điện tử được sắp xếp chặt chẽ. Các phân tử sắc tố giải phóng ra các điện tử khi được hoạt hoá do năng lượng ánh sáng và các điện tử từ các sắc tố kích thích chuyển đến các phân tử diệp lục đặc biệt, hấp thụ ánh sáng có bước sóng dài và hoạt động như những chiếc bẫy năng lượng. Tên các bẫy năng lượng đặt theo tên bước sóng ánh sáng mà nó hấp thụ (tính bằng nanomét), vd. P680 trong hệ thống quang hoá II, P700 trong hệ thống quang hoá I. Những điện tử đó chuyển đến các chất nhận điện tử. Quá trình quang photphoryl hoá có thể diễn ra theo chu trình vòng kín hoặc vòng hở. Trong quang photphoryl hoá vòng hở thì nước đóng vai trò chất cho điện tử ở chỗ hở của vòng. Các sản phẩm của chu trình này là oxi, ATP và NADPH. Ion hiđro từ nước cuối cùng sẽ kết hợp với điện tử để khử NADP. Hai hệ thống sắc tố đó đều có liên quan với nhau. Trong quá trình photphoryl hoá vòng, sản phẩm độc nhất là ATP chỉ liên quan đến hệ thống quang hoá I. Đó có thể là quá trình được sử dụng để tạo thêm ATP.

Trong quá trình thực hiện các phản ứng tối, ATP và NADPH sinh ra trong các phản ứng sáng được sử dụng để khử cacbon đioxit thành hiđrat cacbon. Các phản ứng này xảy ra trong dung dịch. Ở sinh vật nhân chuẩn, nó xảy ra trong cơ chất của lục lạp. Cacbon đioxit trước tiên được cố định do phối hợp với đường 5 cacbon ribulozơđiphotphat (RUDP) để tạo nên hai phân tử axit photphoglixeric (PGA) là sản phẩm đầu tiên của QH. PGA bị khử thành photphoglixeranđehit (triozophophat) do sử dụng NADPH và một số ATP. Một số triozophophat và ATP còn lại được dùng trong phục hồi chất nhận cacbon đioxit và RUDP và qua một phức hệ chu trình gồm photphat đường 3, 4, 5, 6 và 7 cacbon. Các triozophotphat còn lại được sử dụng để tổng hợp hiđrat cacbon, protein và những chất khác. Chu trình này do Canvin (M. Calvin; nhà hoá sinh học Hoa Kì) phát hiện khi nghiên cứu tảo lục Chlorella, sử dụng đồng vị phóng xạ 14C và sắc kí trên giấy để xác định hợp chất trung gian. Hiện nay, chu trình này được mang tên gọi là chu trình Canvin.