Bài giảng Hô hấp ở thực vật

HÔ HẤP Ở THỰC VẬT ĐỊNH NGHĨA VỀ HÔ HẤP THỰC VẬT Là quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ thành các sản phẩm vô cơ cuối cùng nghèo năng lượng như CO2 và H2O đồng thời giải phóng năng lượng cần thiết cho các hoạt động của cơ thể. _ Trong hô hấp, nguyên liệu hô hấp chủ yếu là glucoz bị oxi hóa từ từ, từng lượng nhỏ, phần lớn năng lượng thải ra được tích lại ở dạng dễ sử dụng (ATP) đối với tế bào. _ Hô hấp là quá trình oxi hóa sinh học xảy ra do nhiều ezime xúc tác. Đặc trưng của hô hấp Vai trò của hô hấp Hô hấp giải phóng năng lượng hóa học từ các chất hữu cơ, các năng lượng này được tích lũy dưới dạng ATP. Tạo ra nhiều sản phẩm trung gian làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp nhiều chất khác trong cơ thể. → Hô hấp được xem như quá trình tổng hợp cả về năng lượng lẫn vật chất. Hô hấp tác động lên khả năng chống bệnh của thực vật. Trong một số trường hợp hô hấp trở nên có hại (như gặp hạn, nhiệt độ cao,…) cường độ hô hấp tăng làm cạn kiệt nhanh nhiên liệu, nhưng hiệu quả năng lượng thấp. CƠ QUAN VÀ BÀO QUAN HÔ HẤP Do thực vật không có cơ quan chuyên trách về hô hấp nên ở TV hô hấp xảy ra ở tất cả các cơ quan của cơ thể. Đặc biệt ở các cơ quan đang tăng trưởng, đang sinh sản và ở rễ. Bào quan thực hiện chức năng hô hấp là ti thể. CƠ CHẾ HÔ HẤP CÁC GIAI ĐOẠN HÔ HẤP Ở THỰC VẬT: Giai đoạn 1: Đường phân xảy ra ở tế bào chất . Dyhydroxyaceton-P Glyceraldehyde 3-phosphate Pha chuẩn bị _Sucrose trong cytosol fructose và UDP-glucose bởi sucrose synthase liên kết với UDP. Sau đó, UDP-glucose bị Udp-glucose pyrophosphorylase và pyrophosphas biến đổi thành UTP và glucose1-P. glucose1-P bị phosphoglucomutase biến đổi thành glucose6-P. _ Glucose6-P được chuyển thành fructose6-P bởi hexsose phosphate isomeraza. _ Fructose6-P bị ATP-dependent phosphofructokinase biến đổi thành frutose1,6-P sau đó thành các triose phosphate. 2 ATP 2 ADP 2 H2O 2 ATP 2 ADP 2 NADH + 2H+ 2 NAD+ 3-phosphoglyceric acid 2-phosphoglyceric acid 1,3-diphosphoglyceric acid 2 phân tử Phosphoenolpyruvic acid Pyruvic acid 2 phân tử 2 phân tử 2 phân tử 2 phân tử từ 1 phân tử glucose Pha tạo năng lượng _ Các triose phosphate trải qua hàng loạt các phản ứng để hình thành sản phẩm pyruvate. NAD+ bị khử thành NADH bởi glyceraldehyde-3 phosphas. ATP được tổng hợp trong phản ứng giai đoạn này được xúc tác bởi phosphoglycerate kinase, pyruvate kinase. _ Glycolysis của 1 phân tử glucose cần 2 ATP, tạo 4 ATP, 2 NAD(P)H và 2 pyruvate. Giai đoạn 2: Hô hấp hiếu khí hoặc là phân giải kị khí (lên men) tuỳ theo sự có mặt của O2 Nếu thiếu oxi Phân giải kị khí (lên men) tạo ra rượu etylic hoặc lactic acid. Pyruvic acid  rượu etylic + CO2 + năng lượng Pyruvic acid  lactic acid + năng lượng Trong điều kiện không có oxi Nếu có O2: Hô hấp hiếu khí xảy ra ở ti thể theo chu trình Crep: Chu trình krebs Các phản ứng của chu trình Krebs : _Phản ứng trùng ngưng kết hợp axetyl CoA với oxaloatetat , tạo thành xitrat và coenzim A _Xitrat biến đổi thành dạng đồng phân của nó là isoxitrat _Oxi hoá isoxitrat chứa 6 cacbon thành α-xetoglutarat chứa 5 cacbon và giải phóng CO2 _Oxi hoá α-xetoglutarat thành xucxinyl coenzim A , giải phóng CO2 _Chuyển xucxinyl CoA thành xucxinat nhờ enzim xucrinyl CoA xintetaza . _Oxi hoá xucxinat thành fumarat _Hidrat hoá fumarat thành L-malat _Oxi hoá L-malat thành oxaloaxetat Chuỗi vận chuyển điện tử và tổng hợp ATP trong hô hấp: Chuỗi vận chuyển điện tử của ty thể _ Chất mang điện tử trong phức hệ I là FMN và nhiều trung tâm chứa Fe/S. _ Bốn proton được bơm vào khoảng giữa hai màng khi mỗi cặp electron qua phức hệ I. NADH + 5H+N + Q → NAD+ + QH2 + 4H+P Phức hệ I (NADH dehydrogenaza) Phức hệ II (sucxinat dehydrogenaza) Phức hợp này xúc tác sự oxy hóa sucxinate trong chu trình Krebs và các đương lượng khử được chuyển theo con đường đến FADH2 và nhóm các protein săt-lưu huỳnh vào UQ. Phức hệ này không bơm các pronton H+. Phức hệ III (phức hệ cytocrom bc1) Phức hệ này oxy hóa QH2 và truyền điện tử theo con đường qua trung tâm sắt-lưu huỳnh, hai cytocrm kiểu b và cytocrom c1 liên kết màng đến cytocrom c. Phức hệ này bơm 4 proton cho mỗi cặp điện tử. QH2 + 2 cyt c1 (ox) + 2 H+N → Q + 2 cyt c1 (red) + 4 H+P Phức hệ IV (cytocrom c oxydaza) Phức hệ này có 2 trung tâm chứa đồng (CuA và CuB) và các cytocrom a và a3. Phức hệ IV là oxydaza cuối cùng và tiến hành khử 4 điện tử của O2 thành 2 phân tử H2O. hai proton được bơm đối với mỗi cặp điện tử. 2 Cyt c (red) + 4H+N + ½ O2 → 2 Cyt c (ox) + 2 H+P + H2O Tổng hợp ATP trong ty thể gắn kết với sự vận chuyển điện Cấu tạo của ATP Synthase Gồm có hai phần F0 và F1 ATP-sintetaza là phức hệ protein gồm 2 đơn vị cấu thành. Một đơn vị gồm nhiều polipeptide tạo thành. Một đơn vị tạo nên cái cuống nằm trong màng trong, một đơn vị khác tạo nên cái mũ nằm nhô ra trong xoang nền. _Sự tổng hợp ATP được kèm theo chuỗi chuyền electron nhờ phức hệ ATP-sintetaza. ATP-sintetaza hoạt động như 1 bơm ion H+. _Sự chuyền electron qua chuỗi tạo nên lực để vận tải proton H+ từ chất nền qua màng vào xoang gian màng, như vậy đã tạo ra hiệu điện thế màng. Lực điện thế màng đã tạo nên dòng H+ đi từ xoang gian màng đi xuyên qua phức hệ ATP-sintetaza vào chất nền và là động lực thúc đẩy ATP-sintetaza hoạt động tổng hợp ATP từ ADP và P. Khi có dòng H+ đi từ xoang gian màng vào chất nền , xuyên qua phần cuống tạo nên lực làm xoay phần cuống đồng thời làm xoay phần mũ hoạt động như 1 hiếc bàn xoay thu hút ADP và P liên kết với nhau tạo thành ATP. Lượng ATP tối đa khi một tế bào hô hấp: QUAN HỆ GIỮA HÔ HẤP VỚI QUANG HỢP TRONG TV So sánh giữa quang hợp và hô hấp ở thực vật Ảnh hưởng của các nhân tố môi trường đến hô hấp Ánh sáng mạnh làm thay đổi cường độ hô hấp và ánh sáng có bước sóng 300-5000nm kích thích hô hấp. Ánh sáng Nhiệt độ Hô hấp bao gồm các phản ứng hoá học với sự xúc tác của các enzim, do đó phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ. _Nhiệt độ tối thiểu cây bắt đầu hô hấp biến thiên trong khoảng tuỳ theo loài cây ở các vùng sinh thái khác nhau. _Nhiệt độ tối ưu cho hô hấp trong khoảng . _Nhiệt độ tối đa cho hô hấp trong khoảng . HÀM LƯỢNG NƯỚC _Nước là dung môi và là môi trường cho các phản ứng hoá học xảy ra. Nước còn tham gia trực tiếp vào quá trình ôxi hoá nguyên liệu hô hấp. _ Cường độ hô hấp tỉ lệ thuận với hàm lượng nước của cơ thể, cơ quan  hô hấp. _Hàm lượng nước trong cơ quan hô hấp càng cao thì cường độ hô hấp càng cao và ngược lại. Nồng độ O2 _Nếu nồng độ oxy trong không khí giảm xuống dưới 10% thì hô hấp sẽ bị ảnh hưởng. _Khi giảm xuống dưới 5% thì cây chuyển sang phân giải kị khí là dạng hô hấp không có hiệu quả năng lượng, rất bất lợi cho cây trồng. Nồng độ CO2 _CO2 là sản phẩm của quá trình hô hấp. Các phản ứng đêcacbôxi hoá để giải phóng CO2 là các phản ứng thuận nghịch. _ Nếu hàm lượng CO2 trong môi trường cao sẽ làm cho phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch và hô hấp bị ức chế. Dinh dưỡng khoáng _ Các chất khoáng tham gia cấu trúc bộ máy quang hợp. _ Nhiều nguyên tố kim loại là thành phần quan trọng của các enzyme. _ Nhiều kim loại hoạt hóa enzyme chẳng hạn K+ hoạt hóa fructosekinase Các yếu tố bên trong Loài, cơ thể và các giai đoạn sinh trưởng và phát triển