MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TẾ BÀO THỰC
VẬT
Sự sống của thực vật:
thống nhất các nguyên lý
Tổng quan về cấu trúc
của thực vật
Tế bào thực vât được bao bọc bới lớp vách tế bào vững chắc
Các tế bào mới được tạo ra thông qua quá trình phân chia mô
phân sinh
Ba loại mô chính tao nên cấu trúc thực vật
Tế bào thực vật
Màng sinh học là lớp đôi phospholipid có chứa protein
Vật liệu di truyền của tế bào được chứa chủ yếu trong nhân
Sinh tổng hợp protein được thực hiện thông qua các quá trình
phiên mã và dịch mã
Mạng nội chất là một hệ thống nội màng
Sự đóng gói và tiết protein được thực hiện khởi đầu tại mạng
nội chất nhám
Bộ máy Golgi đóng gói và vận phân phối các chất biến dưỡng
Protein và polysaccharide được đóng gói và phân phối tại bộ
máy Golgi
Hai mô hình giải thích cho sự vận chuyển bên trong thể Golgi
Protein vỏ chuyên biệt thúc đẩy và hỗ trợ tạo các túi vận
chuyển
Không bào đảm nhiệm nhiều chức năng ở tế bào thực vật
Ti thể và lục lạp là nơi chuyển hóa năng lượng
Ti thể và lục lạp là các bào quan có cơ chế hoạt động bán độc
lập so với tế bào
Các dạng plastid có thể chuyển đổi qua lại lẫn nhau
Vi thể giữ vai trò chuyên biệt trong các quá trình biến dưỡng
ở lá và hạt
Các thể dầu là nơi lưu trữ lipid
Hệ khung xương tế bào
Tế bào thực vật chứa vi ống, vi sợi và sợi trung gian
Vi ống và vi sợi có thể được tập hợp lại có tổ chức hoặc
phân tán riêng rẽ
Vi ống có vai trò quan trọng trong quá trình phân bào và tạo
mới vách tế bào
Các protein vận động hỗ trợ quá trình vận chuyển các chất biến
dưỡng và di chuyển các bào quan
Sự điều hòa chu trình
tế bào
Mỗi phase của chu trình tế bào bao gồm nhiều hoạt động biến
dưỡng của tế bào
Chu trình tế bào được điều hòa bởi các enzyme CDK
Hệ thống kênh màng
Có hai hệ thống kênh màng: sơ cấp và thứ cấp
Kênh màng có cấu trúc phức hợp
Sự di chuyển các đại phân tử qua các kênh màng hình thành hệ
thống thông tin tín hiệu cho các quá trình phát triển
Tóm tắt
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG
NĂNG LƯỢNG VÀ ENZYME
Dòng năng lượng trong
các hệ thống sống
Năng lượng và sự thực
hiện công
Định luật 1: tổng năng lượng luôn bảo tồn
Sự thay đổi về mặt năng lượng nội tại của một hệ thống là khả
năng sinh công lớn nhất
Mỗi loại năng lượng được mô tả bởi yếu tố tiềm năng và khả
năng sinh công
Sự điều khiển các quá
trình hoạt động ngẫu nhiên trong tế bào
Định luật 2: tổng Entropy luôn có chiều hướng gia tăng
Một quá trình bất kỳ được cho là ngẫu nhiên khi ΔS của hệ thống và xung quanh nó
mang giá trị dương
Năng lượng tự do và
hóa năng
ΔG mang giá trị
âm khi quá trình xảy ra ngẫu nhiên tại nhiệt độ và áp suất không đổi
Sự thay đổi năng
lượng tự do chuẩn ΔG0 là sự thay đổi năng lượng xảy ra khi nồng độ
chất phản ứng và sản phẩm đạt giá trị 1 M
Giá trị ΔG thể hiện
đặc tính dịch chuyển cân bằng phản ứng
Sự thay đổi
Enthalpy thể hiện sự thay đổi năng lượng dưới dạng nhiệt
Phản ứng oxi hóa khử
Sự thay đổi năng
lượng tự do của một phản ứng oxi hóa khử được thể hiện như thế oxi hóa khử chuẩn
và được đo bằng đơn vị điện hóa
Thế điện hóa
Sự vận chuyển của
một chất tan không mang điện tích đi ngược lại gradient nồng độ làm giảm
Entropy của hệ thống chứa nó
Điện thế màng tế
bào là khả năng sinh công để thực hiện việc vận chuyển một ion từ một bên sang
bên còn lại của màng
Sự chênh lệch thế
điện hóa, Δµ˜, được tạo ra bởi cả nồng độ chất mang điện tích lẫn thế năng điện
hóa
Enzyme: chất xúc tác của sự sống
Protein là chuỗi
amino acid nối với nhau bởi liên kế peptide
Protein có cấu
trúc nhiều bậc (1,2,3,4)
Enzyme là các chất
xúc tác protein có tính chuyên biệt cao
Enzyme hạ thấp
rào cản năng lượng tự do trong phản ứng giữa chất phản ứng và sản phẩm
Một phương trình
động lực học đơn giản mô tả một phản ứng được xúc tác bởi enzyme
Enzyme là đối tượng
của nhiều tác nhân ức chế
pH và nhiệt độ ảnh
hưởng đến tỉ lệ phản ứng do enzyme xúc tác
Hệ thống tương hỗ
làm gia tăng độ nhạy của enzyme với cơ chất đồng thời làm thay đổi cấu hình
enzyme
Động lực học của
các quá trình vận chuyển qua màng được mô tả bởi phương trình Michaelis-Menten
Sự điều hòa hoạt
động của enzyme
Tóm tắt
PHẦN I: SỰ VẬN CHUYỂN VÀ CHUYỂN VỊ NƯỚC, CHẤT TAN TRONG TẾ BÀO THỰC VẬT
CHƯƠNG 3. NƯỚC VÀ TẾ BÀO THỰC VẬT
Nước và đời sống của thực vật
Cấu trúc phân tử và đặc tính của nước
Sự phân cực của
phân tử nước giúp gia tăng các cầu nối hydrogen
Sự phân cực của
phân tử nước giúp nước trở thành dung môi hoàn hảo
Đặc tính nhiệt học
của nước hình thành do các cầu nối hydrogen
Tính liên tục và
gắn kết của phân tử nước được tạo ra bởi cầu nối hydrogen
Nước có sức căng
bề mặt lớn
Các quá trình vận chuyển nước trong cây
Khuếch tán là sự
di chuyển của các phân tử được tạo ra bởi sự chuyển động nhiệt mang tính ngẫu
nhiên
Quá trình khuếch
tán xảy ra nhanh ở khoảng cách gần và chậm ở khoảng cách xa
Sự vận chuyển nước
với khoảng cách xa theo hình thức dòng khối được thực hiện bởi áp suất
Sự thẩm thấu được
gây ra bởi gradient thế nước
Hóa năng của nước
thể hiện trạng thái năng lượng tự do của nó
Ba yếu tố tạo ra
thế nước của tế bào
Nước di chuyển vào
trong tế bào theo thế nước
Nước ra khỏi tế
bào theo thế nước
Sự thay đổi nhỏ về
thể tích của tế bào cũng gây ra sự thay đổi lớn về áp suất trương
Khả năng vận chuyển
nước phụ thuộc vào lực dẫn và tính thấm nước
Kênh dẫn nước
Aquaporin thúc đẩy quá trình vận chuyển nước qua màng
Khái niệm về thế
nước giúp chúng ta đánh giá được trạng thái nước của thực vật
Các thành phần của
thế nước phụ thuộc vào điều kiện tăng trưởng và vị trí của thế nước bên trong
thực vật
Tóm tắt
CHƯƠNG 4. SỰ CÂN BẰNG NƯỚC Ở THỰC VẬT
Nước hiện diện trong đất
Áp suất thủy tĩnh âm của đất làm giảm thế nước
Nước di chuyển trong đất bởi nguyên lý dòng khối
Sự hấp thu nước qua rễ
Nước di chuyển trong rễ theo con đường apoplast, symplast và
xuyên màng
Sự tích tụ chất tan trong mạch mộc (xylem) có thể tạo ra áp
suất ở rễ (“root pressure”)
Sự vận chuyển nước
qua mạch mộc (xylem)
Mạch mộc bao gồm hai dạng quản bào sơ cấp
Sự di chuyển của nước qua mạch mộc đòi hỏi áp suất thấp hơn
sự di chuyển của nước qua hệ thống sống
Sự thay đổi áp suất như thế nào để một thân cây gỗ vận chuyển
nước lên ngọn cây ở độ cao 100m?
Thuyết về sức căng và tính kết dính giúp giải thích sự vận
chuyển của nước trong mạch mộc
Sự vận chuyển của nước trong mạch mộc của cây chịu ảnh hưởng
bởi các rào cản vật lý
Thực vật giảm thiểu sự tạo bóng khí trong mạch mộc khi vận
chuyển nước
Sự di chuyển của nước
từ lá ra khí quyển
Sự mất nước ở thực vật xảy ra là do sự chênh lệch nồng độ
hơi nước
Sự mất nước cũng được điều hòa bởi tính kháng
Sự điều khiển khí khẩu kết hợp với sự thoát hơi nước ở lá hỗ
trợ cho quá trình quang hợp ở lá
Vách của tế bào khí khẩu có cấu trúc chuyên biệt
Gia tăng áp suất trương của tế bào khí khẩu giúp mở khí khẩu
Sự bốc thoát hơi nước thể hiện mối liên hệ giữa sự mất nước
và sự cố định carbon
Tổng quan về tính liên tục của đất-thực vật-khí quyển
Tóm tắt
CHƯƠNG 5. DINH DƯỠNG
KHOÁNG
Các chất dinh dưỡng
thiết yếu, sự thiếu hụt chất dinh dưỡng và tình trạng rối loạn biến dưỡng cở thực
vật
Các phương pháp chuyên biệt trong nghiên cứu dinh dưỡng ở thực
vật
Các dung dịch dinh dưỡng có thể giúp cây phát triển nhanh
chóng
Sự thiếu hụt dinh dưỡng làm rối loạn biến dưỡng và sự phát
triển của cây
Phân tích các mô thực vật giúp khám phá sự thiếu hụt dinh dưỡng
Giải quyết vấn đề thiếu
dinh dưỡng ở thực vật
Năng suất cây trồng có thể được cải thiện bằng cách cung cấp
phân bón
Vài chất dinh dưỡng khoáng có thể được hấp thu qua lá
Đất, rễ và vi sinh vật đất
Các hạt đất mang điện tích âm ảnh hưởng đến sự hấp thu dinh dưỡng khoáng
pH của đất ảnh hưởng đến sự hiện diện của chất dinh dưỡng, vi sinh vật đất và sự tăng trưởng rễ
Dư thừa dinh dưỡng trong đất cũng làm chậm sự phát triển của cây
Thực vật phát triển hệ thống rễ lan tỏa trong đất
Hệ thống rễ khác nhau về hình dạng nhưng giống nhau về cấu trúc chung
Nấm cộng sinh rễ giúp tăng cường hấp thu chất dinh dưỡng
Chất dinh dưỡng di chuyển từ nấm cộng sinh rễ đến tế bào rễ
Tóm tắt
CHƯƠNG 6. VẬN CHUYỂN CHẤT HÒA TAN
Sự vận chuyển thụ động và chủ động
Sự vận chuyển các ion xuyên qua các rào cản của màng
Tỉ lệ khuếch tán khác nhau đối với Cation và Anion tạo ra thế khuếch tán
Thế màng có mối liên hệ nào với sự trao đổi ion
Phương trình Nernst giúp phân biệt giữa vận chuyển thụ động và chủ động
Sự vận chuyển proton là yếu tố chính tạo nên điện thế màng
Các quá trình vận chuyển qua màng
Các kênh vận chuyển giúp tăng cường sự khuếch tán xuyên qua màng
Các chất mang giúp liên kết và vận chuyển các hợp chất chuyên biệt
Vận chuyển chủ động sơ cấp yêu cầu cung cấp năng lượng
Vận chuyển chủ động thứ cấp sữ dụng năng lượng dự trữ
Phân tích động lực học giúp hiểu được các cơ chế vận chuyển các chất
Protein vận chuyển xuyên màng
Các gene mã hóa cho các kênh và chất vận chuyển đã được xác định
Các kênh vận chuyển chứa nhiều hợp chất mang nitơ
Có nhiều kênh vận chuyển Cation
Một số kệnh vận chuyển Anion đã được xác định
Các nguyên tố kim loại được vận chuyển bởi ZIP protein
Aquaporin có thể đảm nhận nhiều chức năng
H+ATPase thuộc màng nguyên sinh chất chứa nhiều domain chức năng
H+ATPase thuộc không bào giúp không bào tích lũy các chất tan
H+pyrophosphatase giúp bơm proton ở màng không bào
Vận chuyển ion ở rễ
Các chất tan di chuyển theo con đường apoplast và symplast
Ion di chuyển qua con đường symplast và apoplast
Các tế bào parenchyma mạch mộc tham gia vào vận chuyển trong mạch mộc
Tóm tắt
PHẦN II: SINH HÓA VÀ BIẾN DƯỠNG Ở TẾ BÀO THỰC VẬT
CHƯƠNG 7. QUANG HỢP-CÁC PHẢN ỨNG SÁNG
Quang hợp cở thực vật bậc cao
Các khái niệm chung
Ánh sáng mang hai đặc tính sóng và hạt
Khi các phân tử hấp thu hay phóng thích ánh sáng thì chúng sẽ thay đổi trạng thái điện tử
Các sắc tố quang hợp hấp thu ánh sáng giúp thực hiện quá trình quang hợp
Các thí nghiệm cơ bản để hiểu về quang hợp ở thực vật
Phổ hoạt động thể hiện mối liên hệ giữa sự hấp thu ánh sánh và quá trình quang hợp
Quang hợp xảy ra ở các phức hợp hấp thu ánh sáng và các trung tâm phản ứng quang hóa
Phản ứng hóa học trong quá trình quang hợp được tạo ra bởi ánh sáng
Ánh sáng tạo ra quá trình khử NADH và tạo năng lượng ATP
Các sinh vật sản xuất oxygen chứa 2 hệ thống quang hợp hoạt động nhịp nhàng theo chuỗi phản ứng
Sự tổ chức của bộ máy quang hợp
Chloroplast là nơi thực hiện quang tổng hợp
Thylakoid chứa các phức hợp protein trên màng
Hệ thống quang hợp PSI và PSII tách biệt theo không gian trên màng thylakoid
Vi khuẩn quang hợp nhưng không tạo oxygen chỉ có một trung tâm phản ứng
Sự tổ chức của các antenna hấp thu ánh sáng
Các antenna tập trung năng lượng ánh sáng cho các trung tâm phản ứng quan hợp
Nhiều phức hợp antenna hấp thu ánh sáng có chứa cấu trúc chung phổ biến (chung motif do quá trình tiến hóa)
Các cơ chế vận chuyển điện tử
Các electron từ chlorophyll di chuyển đến các chất mang theo mô hình hình chữ Z
Năng lượng ánh sáng được hấp thu khi một phân tử chlorophyll được kích hoạt và khử một phân tử nhận electron
Chlorophyll là các trung tâm phản ứng trong hệ thốn quang hợp hấp thu các bước sóng khác nhau
Trung tâm phản ứng PSII là một phức hợp của nhiều đơn vị cấu trúc sắc tố liên kết và protein
Nước bị oxy hóa tạo oxygen ở PSII
Các phân tử pheophytin và 2 quinone nhận electron từ PSII
Electron di chuyển qua phức hợp cytochrome b6f giúp vận chuyển proton
Plastoquinone và plastocyanin mang và chuyển electron giữa các hệ thống quang hợp (PSI và PSII)
Trung tâm phản ứng PSI thực hiện việc khử NADP+
Một số thuốc diệt cỏ ức chế chuỗi chuyển điện tử của hệ thống quang hợp (thuốc cỏ cháy, khai quang)
Sự vận chuyển proton và tổng hợp ATP ở chloroplast
Sửa chữa và điều hòa bộ máy quang hợp
Carotenoid mang vai trò các tác nhân bảo vệ
Một vài loại xanthophyll tham gia vào sự tỏa năng lượng dư thừa
Hệ thống PSII dễ bị tổn thương
Hệ thống PSI được bảo vệ khỏi các tác nhân oxy hóa (AOS hoặc ROS)
Các khối thylakoid giúp năng lượng phân ngăn giữa các hệ thống quang hợp
Di truyền học, sự tổ chức và tiến hóa của các hệ thống quang hợp
Bộ gene của chloroplast, khuẩn lam đã được giải mã
Bộ gene của chloroplast không tuân theo di truyền Mendel
Nhiều protein chức năng của chloroplast có nguồn gốc từ tế bào chất
Quá trình sinh tổng hợp và phân hủy chlorophyll diễn ra khá phức tạp
Các sinh vật quang hợp bậc cao tiến hóa từ các sinh vật quang hợp đơn giản
Tóm tắt
CHƯƠNG 8. QUANG HỢP: SỰ CỐ ĐỊNH CARBON
Chu trình Calvin
Chu trình Calvin có ba giai đoạn: Sự gắn nhóm chức carbon, sự khử và quá trình tái sinh
Sự gắn nhóm chức carbon lên phân tử ribulose-1,5-bisphosphate được xúc tác bởi enzyme rubisco
Hoạt động của chu trình Calvin yêu cầu sự tái sinh ribulose-1,5-bisphosphate
Chu trình Calvin tự tái sinh các thành phần sinh hóa của nó
Chu trình Calvin sử dụng năng lượng một cách hiệu quả
Sự điều hòa chu trình Calvin
Ánh sáng điều hòa chu trình Calvin
Ánh sáng giúp gia tăng hoạt động của rubisco
Chu trình Calvin được điều hòa bởi hệ thống ferredoxin-thioredoxin
Chu trình quang tổng hợp carbon C2
Sự cố định CO2 và quá trình quang hô hấp cạnh tranh các chất phản ứng
Quang hô hấp phụ thuộc vào hệ thống chuyển điện tử quang hợp
Chức năng của quá trình quang hô hấp vẫn chưa được rõ
Cơ chế tập trung CO2
i. CO2 và các cấu trúc bơm CO3-
ii. Chu trình carbon C4
Malate va aspartate sản phẩm của quá trình gắn nhóm chức carbon trên chu trình C4
Hai dạng tế bào tham gia vào chu trình C4
Chu trình C4 tập trung CO2 tại chloroplast của tế bào bó mạch
Chu trình C4 cũng có cơ chế tập trung CO2 trong tế bào đơn lẻ
Chu trình C4 yêu cầu nhiều năng lượng hơn chu trình Calvin
Các enzyme của chu trình C4 được điều hòa bởi ánh sáng
Trong các môi trường khô và nóng, chu trình C4 giảm quá trình quang hô hấp và mất nước
iii. Crassulacean Acid Metabolism (CAM)
Khí khẩu của cây CAM mở vào ban đêm và đóng vào ban ngày
Vài loại cây CAM thay đổi cơ chế hấp thu CO2 khi môi trường sống thay đổi
Tinh bột và đường
Tinh bột ở chloroplast được tổng hợp vào ban ngày và phân hủy vào ban đêm
Tinh bột được tổng hợp trong chloroplast
Sự phân hủy tinh bột yêu cầu quá trình phosphoryl hóa (phosphorylation) amylopectin
Đường triose phosphate được tổng hợp trong chloroplast là tiền chất để tạo đường hexose phosphate trong tế bào chất
Đường fructose-6-phosphate có thể được chuyển đổi thành fructose-1,6-bisphosphate bởi hai enzyme khác nhau
Fructose-2,6-bisphosphate mang vai trò điều hòa
Đường hexose phosphate được điều hòa bởi fructose-2,6-bisphosphate
Đường sucrose được tổng hợp trong tế bào chất
Tóm tắt
CHƯƠNG 9. QUANG HỢP: CÁC NGHIÊN CỨU KHÍA CẠNH SINH THÁI HỌC VÀ SINH LÝ HỌC
Ánh sáng, lá, quang hợp
Đơn vị đo ánh sáng
Cấu trúc giải phẫu lá giúp hấp thu tối đa ánh sáng
Thực vật cạnh tranh về ánh sáng
Góc lá và cử động của lá có thể ảnh hưởng đến sự hấp thu ánh sáng
Thực vật thích nghi và đáp ứng với ánh sáng mặt trời và bóng râm
Các đáp ứng quang hợp của lá nguyên vẹn đối với ánh sáng
Đường cong đáp ứng với ánh sáng mô tả đặc tính quang hợp của cây
Lá phải phóng thích năng lượng ánh sáng dư thừa
Hấp thu quá nhiều ánh sáng dẫn đến ức chế quang hợp
Các đáp ứng quang hợp đối với nhiệt độ
Lá phải phóng thích một lượng lớn nhiệt
Quang hợp là quá trình nhạy cảm đối với nhiệt độ
Các đáp ứng của quang hợp đối với CO2
Nồng độ CO2 không khí ngày càng tăng
Sự khuếch tán CO2 vào chloroplast là cần thiết cho quang hợp
Các phân đoạn hấp thu ánh sáng tạo ra gradient của quá trình cố định CO2
CO2 là yếu tố giới hạn quang hợp
Thực vật CAM
Sự khác nhau về tỉ lệ đồng vị carbon biểu lộ các con đường quang hợp khác nhau
Chúng ta đo các đồng vị carbon bằng cách nào?
Tại sao có sự khác nhau về tỉ lệ đồng vị carbon ở thực vật?
Tóm tắt
CHƯƠNG 10. SỰ CHUYỂN VỊ TRONG MÔ LIBE (PHLOEM)
Các con đường trong hoạt động chuyển vị
Đường được chuyển vị trong yếu tố sàng của mô libe
Yếu tố sàng trưởng thành là những tế bào sống có nhiệm vụ chuyên biệt cho sự chuyển vị trong libe
Các lỗ lớn trên vách tế bào là đặc điểm nổi bậc của yếu tố sàn
Yếu tố sàng khi bị phá hủy sẽ được bịt kín
Các tế bào kèm có vai trò chuyên biệt trong hỗ trợ yếu tố sàng của mô libe
Các kiểu chuyển vị: từ nguồn tới nơi chứa (source-sink)
Con đường vận chuyển từ nguồn đến nơi chứa (source to sink) phụ thuộc vào kiểu phát triển và cấu trúc giải phẩu của mô thực vật
Các vật liệu được chuyển vị trong mô libe
Dịch libe (phloem sap) có thể được thu thập và phân tích
Đường được chuyển vị ở dạng chưa bị phản ứng khử
Tốc độ của sự vận chuyển các chất trong mô libe
Mô hình dòng áp suất giải thích cho sự vận chuyển trong libe
Một sự chênh lệch về áp suất sẽ tạo ra sự chuyển vị trong mô libe theo mô hình dòng áp suất
Các giả thuyết về sự vận chuyển theo thuyết dòng khối đã được chứng minh
Các lỗ sàng trong mô libe là những kênh mở
Những yếu tố sàng đơn lẻ chỉ vận chuyển theo một chiều nhất định
Sự vận chuyển qua mô libe yêu cầu tiêu hao mức năng lượng thấp
Sự chênh lệch về áp suất đủ để tạo ra sự di chuyển theo dòng khối của dịch libe
Các nghi vấn về mô hình dòng áp suất vẫn còn để ngõ
Sự nhập vào libe của các chất biến dưỡng
Sự nhập vào libe có thể xuất hiện theo kiểu apoplast hay symplast
Đường sucrose hấp thu trong con đường apoplast yêu cầu tiêu thụ năng lượng biến dưỡng
Sự nhập vào libe theo con đường apoplast có sự tham gia của kênh đồng vận chuyển (symporter) sucrose-H+
Sự nhập vào libe theo con đường symplast hoạt động với các tế bào trung gian
Mô hình bẫy-polymer giải thích cho sự nhập vào con đường symplast
Kiểu dòng vật chất nhập vào mô libe có mối tương quan với họ thực vật và khí hậu nơi thực vật sinh sống
Sự tháo khỏi libe và sự chuyển vị nguồn-nơi chứa (source-sink)
Sự tháo khỏi libe và vận chuyển khoảng cách ngắn theo con đường symplast hoặc apoplast
Sự vận chuyển chất biến dưỡng vào nơi chứa (sink) cần tiêu thụ năng lượng
Sự chuyển đổi vai trò của lá từ nơi chứa thành nguồn (sink to source) diễn ra dần dần (từ lá non cần chất dinh dưỡng thành lá trưởng thành sản suất chất dinh dưỡng)
Sự điều phối các sản phẩm quang hợp: Sự phân phối và phân ngăn dự trữ
Sự phân phối sản phẩm quang hợp bao gồm dự trữ, sử dụng và vận chuyển
Các nơi chứa chất biến dưỡng (sink) tổ chức phân chia sản phẩm đường sucrose
Các lá với vai trò là nguồn cung cấp sẽ kiểm soát quá trình phân phối các chất biến dưỡng
Các mô chứa cạnh tranh sản phẩm quang hợp
Sức chứa (sink) phụ thuộc vào kích cỡ và hoạt động của nguồn cung cấp (source)
Nguồn cung cấp sản phẩm quang hợp điều chỉnh sự thay đổi về tỉ lệ nguồn-sức chứa theo một cách dài hạn
Sự vận chuyển các phân tử truyền tín hiệu
Áp suất trương và các tín hiệu hóa học có mối quan hệ tương liên với hoạt động của nguồn-sức chứa
Các phân tử truyền tín hiệu trong libe thực hiện chức năng điều hòa sự tăng trưởng và phát triển của cây
Tóm tắt
CHƯƠNG 7. QUANG HỢP-CÁC PHẢN ỨNG SÁNG
Quang hợp cở thực vật bậc cao
Các khái niệm chung
Ánh sáng mang hai đặc tính sóng và hạt
Khi các phân tử hấp thu hay phóng thích ánh sáng thì chúng sẽ thay đổi trạng thái điện tử
Các sắc tố quang hợp hấp thu ánh sáng giúp thực hiện quá trình quang hợp
Các thí nghiệm cơ bản để hiểu về quang hợp ở thực vật
Phổ hoạt động thể hiện mối liên hệ giữa sự hấp thu ánh sánh và quá trình quang hợp
Quang hợp xảy ra ở các phức hợp hấp thu ánh sáng và các trung tâm phản ứng quang hóa
Phản ứng hóa học trong quá trình quang hợp được tạo ra bởi ánh sáng
Ánh sáng tạo ra quá trình khử NADH và tạo năng lượng ATP
Các sinh vật sản xuất oxygen chứa 2 hệ thống quang hợp hoạt động nhịp nhàng theo chuỗi phản ứng
Sự tổ chức của bộ máy quang hợp
Chloroplast là nơi thực hiện quang tổng hợp
Thylakoid chứa các phức hợp protein trên màng
Hệ thống quang hợp PSI và PSII tách biệt theo không gian trên màng thylakoid
Vi khuẩn quang hợp nhưng không tạo oxygen chỉ có một trung tâm phản ứng
Sự tổ chức của các antenna hấp thu ánh sáng
Các antenna tập trung năng lượng ánh sáng cho các trung tâm phản ứng quan hợp
Nhiều phức hợp antenna hấp thu ánh sáng có chứa cấu trúc chung phổ biến (chung motif do quá trình tiến hóa)
Các cơ chế vận chuyển điện tử
Các electron từ chlorophyll di chuyển đến các chất mang theo mô hình hình chữ Z
Năng lượng ánh sáng được hấp thu khi một phân tử chlorophyll được kích hoạt và khử một phân tử nhận electron
Chlorophyll là các trung tâm phản ứng trong hệ thốn quang hợp hấp thu các bước sóng khác nhau
Trung tâm phản ứng PSII là một phức hợp của nhiều đơn vị cấu trúc sắc tố liên kết và protein
Nước bị oxy hóa tạo oxygen ở PSII
Các phân tử pheophytin và 2 quinone nhận electron từ PSII
Electron di chuyển qua phức hợp cytochrome b6f giúp vận chuyển proton
Plastoquinone và plastocyanin mang và chuyển electron giữa các hệ thống quang hợp (PSI và PSII)
Trung tâm phản ứng PSI thực hiện việc khử NADP+
Một số thuốc diệt cỏ ức chế chuỗi chuyển điện tử của hệ thống quang hợp (thuốc cỏ cháy, khai quang)
Sự vận chuyển proton và tổng hợp ATP ở chloroplast
Sửa chữa và điều hòa bộ máy quang hợp
Carotenoid mang vai trò các tác nhân bảo vệ
Một vài loại xanthophyll tham gia vào sự tỏa năng lượng dư thừa
Hệ thống PSII dễ bị tổn thương
Hệ thống PSI được bảo vệ khỏi các tác nhân oxy hóa (AOS hoặc ROS)
Các khối thylakoid giúp năng lượng phân ngăn giữa các hệ thống quang hợp
Di truyền học, sự tổ chức và tiến hóa của các hệ thống quang hợp
Bộ gene của chloroplast, khuẩn lam đã được giải mã
Bộ gene của chloroplast không tuân theo di truyền Mendel
Nhiều protein chức năng của chloroplast có nguồn gốc từ tế bào chất
Quá trình sinh tổng hợp và phân hủy chlorophyll diễn ra khá phức tạp
Các sinh vật quang hợp bậc cao tiến hóa từ các sinh vật quang hợp đơn giản
Tóm tắt
CHƯƠNG 8. QUANG HỢP: SỰ CỐ ĐỊNH CARBON
Chu trình Calvin
Chu trình Calvin có ba giai đoạn: Sự gắn nhóm chức carbon, sự khử và quá trình tái sinh
Sự gắn nhóm chức carbon lên phân tử ribulose-1,5-bisphosphate được xúc tác bởi enzyme rubisco
Hoạt động của chu trình Calvin yêu cầu sự tái sinh ribulose-1,5-bisphosphate
Chu trình Calvin tự tái sinh các thành phần sinh hóa của nó
Chu trình Calvin sử dụng năng lượng một cách hiệu quả
Sự điều hòa chu trình Calvin
Ánh sáng điều hòa chu trình Calvin
Ánh sáng giúp gia tăng hoạt động của rubisco
Chu trình Calvin được điều hòa bởi hệ thống ferredoxin-thioredoxin
Chu trình quang tổng hợp carbon C2
Sự cố định CO2 và quá trình quang hô hấp cạnh tranh các chất phản ứng
Quang hô hấp phụ thuộc vào hệ thống chuyển điện tử quang hợp
Chức năng của quá trình quang hô hấp vẫn chưa được rõ
Cơ chế tập trung CO2
i. CO2 và các cấu trúc bơm CO3-
ii. Chu trình carbon C4
Malate va aspartate sản phẩm của quá trình gắn nhóm chức carbon trên chu trình C4
Hai dạng tế bào tham gia vào chu trình C4
Chu trình C4 tập trung CO2 tại chloroplast của tế bào bó mạch
Chu trình C4 cũng có cơ chế tập trung CO2 trong tế bào đơn lẻ
Chu trình C4 yêu cầu nhiều năng lượng hơn chu trình Calvin
Các enzyme của chu trình C4 được điều hòa bởi ánh sáng
Trong các môi trường khô và nóng, chu trình C4 giảm quá trình quang hô hấp và mất nước
iii. Crassulacean Acid Metabolism (CAM)
Khí khẩu của cây CAM mở vào ban đêm và đóng vào ban ngày
Vài loại cây CAM thay đổi cơ chế hấp thu CO2 khi môi trường sống thay đổi
Tinh bột và đường
Tinh bột ở chloroplast được tổng hợp vào ban ngày và phân hủy vào ban đêm
Tinh bột được tổng hợp trong chloroplast
Sự phân hủy tinh bột yêu cầu quá trình phosphoryl hóa (phosphorylation) amylopectin
Đường triose phosphate được tổng hợp trong chloroplast là tiền chất để tạo đường hexose phosphate trong tế bào chất
Đường fructose-6-phosphate có thể được chuyển đổi thành fructose-1,6-bisphosphate bởi hai enzyme khác nhau
Fructose-2,6-bisphosphate mang vai trò điều hòa
Đường hexose phosphate được điều hòa bởi fructose-2,6-bisphosphate
Đường sucrose được tổng hợp trong tế bào chất
Tóm tắt
CHƯƠNG 9. QUANG HỢP: CÁC NGHIÊN CỨU KHÍA CẠNH SINH THÁI HỌC VÀ SINH LÝ HỌC
Ánh sáng, lá, quang hợp
Đơn vị đo ánh sáng
Cấu trúc giải phẫu lá giúp hấp thu tối đa ánh sáng
Thực vật cạnh tranh về ánh sáng
Góc lá và cử động của lá có thể ảnh hưởng đến sự hấp thu ánh sáng
Thực vật thích nghi và đáp ứng với ánh sáng mặt trời và bóng râm
Các đáp ứng quang hợp của lá nguyên vẹn đối với ánh sáng
Đường cong đáp ứng với ánh sáng mô tả đặc tính quang hợp của cây
Lá phải phóng thích năng lượng ánh sáng dư thừa
Hấp thu quá nhiều ánh sáng dẫn đến ức chế quang hợp
Các đáp ứng quang hợp đối với nhiệt độ
Lá phải phóng thích một lượng lớn nhiệt
Quang hợp là quá trình nhạy cảm đối với nhiệt độ
Các đáp ứng của quang hợp đối với CO2
Nồng độ CO2 không khí ngày càng tăng
Sự khuếch tán CO2 vào chloroplast là cần thiết cho quang hợp
Các phân đoạn hấp thu ánh sáng tạo ra gradient của quá trình cố định CO2
CO2 là yếu tố giới hạn quang hợp
Thực vật CAM
Sự khác nhau về tỉ lệ đồng vị carbon biểu lộ các con đường quang hợp khác nhau
Chúng ta đo các đồng vị carbon bằng cách nào?
Tại sao có sự khác nhau về tỉ lệ đồng vị carbon ở thực vật?
Tóm tắt
CHƯƠNG 10. SỰ CHUYỂN VỊ TRONG MÔ LIBE (PHLOEM)
Các con đường trong hoạt động chuyển vị
Đường được chuyển vị trong yếu tố sàng của mô libe
Yếu tố sàng trưởng thành là những tế bào sống có nhiệm vụ chuyên biệt cho sự chuyển vị trong libe
Các lỗ lớn trên vách tế bào là đặc điểm nổi bậc của yếu tố sàn
Yếu tố sàng khi bị phá hủy sẽ được bịt kín
Các tế bào kèm có vai trò chuyên biệt trong hỗ trợ yếu tố sàng của mô libe
Các kiểu chuyển vị: từ nguồn tới nơi chứa (source-sink)
Con đường vận chuyển từ nguồn đến nơi chứa (source to sink) phụ thuộc vào kiểu phát triển và cấu trúc giải phẩu của mô thực vật
Các vật liệu được chuyển vị trong mô libe
Dịch libe (phloem sap) có thể được thu thập và phân tích
Đường được chuyển vị ở dạng chưa bị phản ứng khử
Tốc độ của sự vận chuyển các chất trong mô libe
Mô hình dòng áp suất giải thích cho sự vận chuyển trong libe
Một sự chênh lệch về áp suất sẽ tạo ra sự chuyển vị trong mô libe theo mô hình dòng áp suất
Các giả thuyết về sự vận chuyển theo thuyết dòng khối đã được chứng minh
Các lỗ sàng trong mô libe là những kênh mở
Những yếu tố sàng đơn lẻ chỉ vận chuyển theo một chiều nhất định
Sự vận chuyển qua mô libe yêu cầu tiêu hao mức năng lượng thấp
Sự chênh lệch về áp suất đủ để tạo ra sự di chuyển theo dòng khối của dịch libe
Các nghi vấn về mô hình dòng áp suất vẫn còn để ngõ
Sự nhập vào libe của các chất biến dưỡng
Sự nhập vào libe có thể xuất hiện theo kiểu apoplast hay symplast
Đường sucrose hấp thu trong con đường apoplast yêu cầu tiêu thụ năng lượng biến dưỡng
Sự nhập vào libe theo con đường apoplast có sự tham gia của kênh đồng vận chuyển (symporter) sucrose-H+
Sự nhập vào libe theo con đường symplast hoạt động với các tế bào trung gian
Mô hình bẫy-polymer giải thích cho sự nhập vào con đường symplast
Kiểu dòng vật chất nhập vào mô libe có mối tương quan với họ thực vật và khí hậu nơi thực vật sinh sống
Sự tháo khỏi libe và sự chuyển vị nguồn-nơi chứa (source-sink)
Sự tháo khỏi libe và vận chuyển khoảng cách ngắn theo con đường symplast hoặc apoplast
Sự vận chuyển chất biến dưỡng vào nơi chứa (sink) cần tiêu thụ năng lượng
Sự chuyển đổi vai trò của lá từ nơi chứa thành nguồn (sink to source) diễn ra dần dần (từ lá non cần chất dinh dưỡng thành lá trưởng thành sản suất chất dinh dưỡng)
Sự điều phối các sản phẩm quang hợp: Sự phân phối và phân ngăn dự trữ
Sự phân phối sản phẩm quang hợp bao gồm dự trữ, sử dụng và vận chuyển
Các nơi chứa chất biến dưỡng (sink) tổ chức phân chia sản phẩm đường sucrose
Các lá với vai trò là nguồn cung cấp sẽ kiểm soát quá trình phân phối các chất biến dưỡng
Các mô chứa cạnh tranh sản phẩm quang hợp
Sức chứa (sink) phụ thuộc vào kích cỡ và hoạt động của nguồn cung cấp (source)
Nguồn cung cấp sản phẩm quang hợp điều chỉnh sự thay đổi về tỉ lệ nguồn-sức chứa theo một cách dài hạn
Sự vận chuyển các phân tử truyền tín hiệu
Áp suất trương và các tín hiệu hóa học có mối quan hệ tương liên với hoạt động của nguồn-sức chứa
Các phân tử truyền tín hiệu trong libe thực hiện chức năng điều hòa sự tăng trưởng và phát triển của cây
Tóm tắt
Không có nhận xét nào: