Tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng

I. Khái niệm tổng hợp các chất và tích lũy 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.

- Trong quá trình tổng hợp, năng lượng có trong liên kết hóa học của các chất phản ứng được tích lũy trong liên kết hóa học của sản phẩm.

- Vai trò của tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng:

• Cung cấp nguyên liệu cấu tạo nên tế bào và cơ thể.
• Tích lũy năng lượng cho tế bào.

II. Quang hợp

1. 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 tố quang hợp.

2. Cơ chế quang hợp

Quang hợp được diễn ra theo 2 pha: pha sáng và pha tối.

- Pha sáng:

• Được thực hiện nhờ có hệ sắc tố quang hợp và các thành phần của chuỗi chuyền electron quang hợp nằm trên màng thylakoid.
• Cơ chế: Hệ sắc tố quang hợp hấp thụ năng lượng ánh sáng và chuyển vào chuỗi chuyền electron quang hợp và tổng hợp ra ATP, NADPH. Phân tử O₂ được giải phóng từ pha sáng có nguồn gốc từ các phân tử nước.

- Pha tối (chu trình Calvin):

• Diễn ra ở chất nền của lục lạp.
• Cơ chế: Lấy ATP và NADPH từ pha sáng và tiến hành khử CO₂ thành carbohydrate.

3. Vai trò của quang hợp

Quang hợp đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự sống của sinh giới:

- Tổng hợp các chất và tích lũy năng lượng nuôi sống gần như toàn bộ sinh giới.

- Cung cấp nguồn nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp, xây dựng và y học.

- Điều hòa hàm lượng O₂ và CO₂ trong khí quyển.

III. Hóa tổng hợp và quang tổng hợp ở vi khuẩn

1. Vai trò của quá trình hóa tổng hợp ở vi khuẩn

- Khái niệm hóa tổng hợp ở vi khuẩn: Hóa tổng hợp là quá trình các loài vi khuẩn hóa tự dưỡng có khả năng đồng hóa CO₂ để hình thành các hợp chất hữu cơ khác nhau nhờ năng lượng của các phản ứng oxi hóa.

- Vai trò của quá trình hóa tổng hợp ở vi khuẩn:

• Thực hiện quá trình oxi hóa nhiều hợp chất khác nhau để lấy năng lượng.
• Phần năng lượng giải phóng ra được dùng để tổng hợp chất hữu cơ.

- Các nhóm vi khuẩn hóa

• Nhóm vi khuẩn oxi hóa lưu huỳnh: gồm các vi khuẩn có khả năng oxi hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh (H₂S, S) thành sulfuric acid (H₂SO₄), một phần năng lượng từ quá trình đó được sử dụng để tổng hợp chất hữu cơ.
• Nhóm vi khuẩn oxi hóa nitrogen: gồm các vi khuẩn nitrit hóa (oxi hóa NH₃ thành HNO₂) và nitrate hóa (oxi hóa HNO2 thành HNO₃). Chúng sử dụng 6 – 7% năng lượng để tổng hợp glucose từ CO₂.
• Nhóm vi khuẩn oxi hóa sắt: gồm các nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ quá trình oxi hóa sắt hóa trị hai (FeCO3) thành sắt hóa trị ba (Fe(OH)₃).

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

- Khái niệm quang tổng hợp ở vi khuẩn: Quang tổng hợp ở vi khuẩn là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để khử CO₂ thành chất hữu cơ.

- Tùy vào sản phẩm được tạo thành, quang tổng hợp ở vi khuẩn được chia làm 2 dạng:

• Quang hợp (thải O₂).

Ví dụ: Vi khuẩn lam dùng H₂O là chất cho electron và H+ như ở thực vật và có giải phóng khí O₂.

• Quang khử (không thải O₂). Ví dụ: Vi khuẩn lưu huỳnh lục và tía lại dùng H₂S, S hoặc H₂ là chất cho electron và H+ và không giải phóng khí O₂.

- Quá trình quang tổng hợp ở vi khuẩn được thực hiện nhờ các phân tử sắc tố nằm trên màng thylakiod (có nguồn gốc từ màng sinh chất).

- Vai trò:

• Cung cấp nguồn chất hữu cơ cho các loài sinh vật dị dưỡng.
• Điều hòa khí quyển và làm giảm ô nhiễm môi trường.