Sự giống nhau và khác nhau giữa chu trình C3 và C4 và CAM

VnDoc xin giới thiệu bài Sự giống nhau và khác nhau giữa chu trình C3 và C4 và CAM được chúng tôi sưu tầm và tổng hợp lí thuyết trong chương trình giảng dạy môn Sinh học lớp 11. Hi vọng rằng đây sẽ là những tài liệu hữu ích trong công tác giảng dạy và học tập của quý thầy cô và các bạn học sinh.

Lưu ý: Nếu bạn muốn Tải bài viết này về máy tính hoặc điện thoại, vui lòng kéo xuống cuối bài viết.

Câu hỏi: Sự giống nhau và khác nhau giữa chu trình C₃ và C₄ và CAM

Trả lời:

Giống nhau:

Đều có chu trình Canvin tạo ra AlPG. Từ đó hình thành nên cacbohiđrat, axit amin, prôtêin, lipit,…

Khác nhau:

Quá trình quang hợp được chia thành 2 pha: pha sáng và pha tối (pha cố định CO₂). Quang hợp ở các nhóm thực vật C₃, C₄ và CAM chỉ khác nhau ở pha tối.

I. Thực vật C₃

1. Chu trình Calvin

Chu trình Calvin (còn được gọi là chu trình Calvin–Benson-Bassham; chu trình khử pentose phosphat; chu trình C₃ hay chu trình CBB) là một chuỗi các phản ứng hóa sinh thuộc dạng oxy hóa khử diễn ra theo chu kì trong chất nền của lục lạp ở thực vật hay các sinh vật có khả năng quang hợp. Trong thực vật, chu trình Calvin còn được gọi là "pha tối" của toàn bộ quá trình quang hợp vì nó diễn ra trong môi trường không cần ánh sáng chiếu trực tiếp vào (trong khi đó quá trình hấp thu ánh sáng bởi chlorophyll được gọi là pha sáng).

Trong chu trình này, năng lượng (dưới dạng ATP và NADPH) mà thực vật hấp thu được trong ánh sáng sẽ sử dụng để biến lượng CO₂ hấp thu được thành các phân tử đường tỉ như glycerandehit-3-phosphat (G3P) và glucose. Nói cách khác, năng lượng dưới dạng ATP và NADPH sẽ được chuyển sang tích trữ trong liên kết hóa học của các đường này.

2. Sản phẩm của chu trình Calvin

Sản phẩm tức thời của 1 chu trình Calvin là 2 phân tử glycerandehit-3-photphat (G3P), 3 ADP, và 2 NADP+ (ADP and NADP+ không hẳn là sản phẩm Chúng lại được dùng trong pha sáng của quang hợp để sản sinh NADPH và ATP).

Mỗi phân tử G3P bao hàm 3 cacbon. Để cho chu trình Calvin tiếp tục hoạt động, RiDP (ribulose 1,5-diphotphat) phải được tái sản sinh. Vì vậy, 5 trong số 6 cacbon trong 2 phân tử G3P sẽ được "đầu tư" vào 1 chu trình mới và kết quả là số "lãi" sinh ra trong mỗi chu trình Calvin là 1 cacbon.

Điều này có nghĩa là, để tạo ra 1 phân tử G3P (3 cacbon) hoàn chỉnh cần đến 3 chu trình và con số này là 6 đối với một phân tử đường glucose (6 cacbon). Sản phẩm của chu trình Calvin có thể được chuyển hóa thành các loại chất đường bột khác tỉ như tinh bột, sucroza, xenluloza, tùy vào nhu cầu của thực vật.

3. Chu trình quang hợp ở thực vật C₃

* Pha sáng

- Là pha chuyển hóa năng lượng ánh sáng đã được diệp lục hấp thụ thành năng lượng của các liên kết hóa học trong ATP và NADPH.

- Pha sáng diễn ra ở tilacôit khi có chiếu sáng.

- Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân li nước, O₂ được giải phóng là O₂ của nước.
- ATP và NADPH của pha sáng được sử dụng trong pha tối để tổng hợp các hợp chất hữu cơ.

* Pha tối

- Pha tối ở thực vật C₃ diễn ra trong chất nền (strôma) của lục lạp.

- Pha tối ở thực vật C₃ chỉ có một chu trình Canvin, được chia thành 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn cố định CO₂.

+ Giai đoạn khử APG (axit phôtphoglixêric) → AlPG (aldehit phosphoglixeric) → tổng hợp nên C₆H1₂O₆ → tinh bột, axit amin…

+ Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu là Rib – 1,5 điP (ribulôzơ – 1,5 điphôtphat).

II. Thực vật C₄

1. Khái niệm

Cố định cacbon C₄ là một trong ba phương pháp, cùng với cố định cacbon C₃ và quang hợp CAM, được thực vật trên đất liền sử dụng để "cố định" dioxide cacbon (liên kết các phân tử CO₂ dạng khí thành các hợp chất hòa tan trong thực vật) để sản xuất đường thông qua quang hợp. Các loài thực vật sử dụng cơ chế cố định cacbon C₄ được gọi chung là thực vật C₄.

- Thực vật C₄ gồm một số loài sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như: mía, ngô, cao lương…

- Thực vật C₄ sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài, nhiệt độ, ánh sáng cao → tiến hành quang hợp theo con đường C₄.

- Thực vật C₄ ưu việt hơn thực vật C₃: Cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO₂ thấp hơn, điểm bảo hòa ánh sáng cao hơn, nhu cầu nước thấp hơn, thoát hơi nước thấp hơn → thực vật C₄ có năng suất cao hơn thực vật C₃.

2. Chu trình quang hợp ở thực vật C₄

Pha tối gồm chu trình quang hợp ở thực vật C₄ bao gồm: cố định CO₂ tạm thời (chu trình C₄) và tái cố định CO₂ theo chu trình Canvin. Cả hai chu trình đều diễn ra vào ban ngày, nhưng ở 2 loại tế bào khác nhau trên lá.

- Giai đoạn cố định CO₂ tạm thời diễn ra ở tế bào mô giậu

+ Chất nhận CO₂ đầu tiên là 1 hợp chất 3C (photphoenol pyruvic – PEP)

+ Sản phẩm ổn định đầu tiên là hợp chất 4C (axit oxaloaxetic – AOA), sau đó chuyển hóa thành một hợp chất 4C khác là axit malic (AM) trước khi chuyển vào tế bào bao bó mạch

- Giai đoạn tái cố định CO₂ diễn ra ở tế bào bao bó mạch

+ AM bị phân hủy để giải phóng CO₂ cung cấp cho chu trình Canvin và hình thành nên hợp chất 3C là axit pyruvic

+ Axit pyruvic quay lại tế bào mô giậu để tái tạo chất nhận CO₂ đầu tiên là PEP

+ Chu trình C₃ diễn ra như ở thực vật C₃

- Thực vật C₄ ưu việt hơn thực vật C₃: cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO₂ thấp hơn, điểm bão hòa ánh sáng cao hơn, thoát hơi nước thấp hơn. Nhờ vậy, thực vật C₄ có năng suất cao hơn thực vật C₃.

III. Thực vật CAM

1. Khái niệm

Thực vật CAM hay quang hợp CAM với CAM là từ viết tắt của Crassulacean acid metabolism (trao đổi chất axít Crassulacea), là một kiểu cố định cacbon phức tạp trong một số thực vật quang hợp. CAM là cơ chế thông thường tìm thấy trong các thực vật sinh sống trong các điều kiện khô hạn, bao gồm các loài tìm thấy trong sa mạc (ví dụ, xương rồng hay dứa). Nó được đặt tên theo họ thực vật mà cơ chế này lần đầu tiên được phát hiện ra, là họ Cảnh thiên (Crassulaceae, bao gồm các loài thực vật mọng nước như cảnh thiên, thuốc bỏng v.v). - Để tránh mất nước, khí khổng các loài này đóng vào ban ngày và mở vào ban đêm → cố định CO₂ theo con đường CAM.

2. Chu trình quang hợp ở thực vật CAM

- Để tránh mất nước, khí khổng các loài này đóng vào ban ngày và mở vào ban đêm và cố định CO₂ theo con đườngCAM.

- Vào ban đêm, nhiệt độ môi trường xuống thấp, tế bào khí khổng mở ra, CO₂ khuếch tán qua lá vào

+ Chất nhận CO₂ đầu tiên là PEP và sản phẩm ổn định đầu tiên là AOA

+ AOA chuyển hóa thành AM vận chuyển vào các tế bào dự trữ

- Ban ngày, khi tế bào khí khổng đóng lại:

+ AM bị phân hủy giải phóng CO₂ cung cấp cho chu trình Canvin và axit piruvic tái sinh chất nhận ban đầu PEP

- Chu trình CAM gần giống với chu trình C₄, điểm khác biệt là về thời gian: cả 2 giai đoạn của chu trình C₄ đều diễn ra ban ngày; còn chu trình CAM thì giai đoạn đầu cố định CO₂ được thực hiện vào ban đêm khi khí khổng mở và còn giai đoạn tái cố định CO₂ theo chu trình Canvin thực hiện vào ban ngày khi khí khổng đóng.

--------------------------

Như vậy VnDoc đã giới thiệu các bạn tài liệu Sự giống nhau và khác nhau giữa chu trình C3 và C4 và CAM. Mời các bạn tham khảo thêm tài liệu: Trắc nghiệm môn Sinh học lớp 11, Giải bài tập Sinh học 11, Giải SBT Sinh 11, Chuyên đề Sinh học lớp 11, Tài liệu học tập lớp 11, ngoài ra các bạn học sinh có thể tham khảo thêm đề học kì 1 lớp 11 và đề thi học kì 2 lớp 11 mới nhất được cập nhật.