Trong quá trình quang hợp ở thực vật C3, giai đoạn cố định CO2 đóng vai trò then chốt, và chất nhận CO2 đầu tiên là một phân tử quan trọng quyết định hiệu quả của quá trình này. Vậy, Chất Nhận Co2 đầu Tiên Của Thực Vật C3 là gì và vai trò của nó như thế nào?
Chất nhận CO2 đầu tiên ở thực vật C3 chính là Ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP). Đây là một phân tử đường 5 carbon đóng vai trò trung tâm trong chu trình Calvin, nơi CO2 từ khí quyển được “cố định” và chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ, cung cấp năng lượng cho cây trồng.
RuBP kết hợp với CO2 nhờ enzyme Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO). Phản ứng này tạo ra một hợp chất 6 carbon không ổn định, ngay lập tức phân hủy thành hai phân tử 3-phosphoglycerate (3-PGA). 3-PGA sau đó được khử thành glyceraldehyde-3-phosphate (G3P), một loại đường 3 carbon, sử dụng năng lượng từ ATP và NADPH được tạo ra trong pha sáng của quang hợp. G3P có thể được sử dụng để tổng hợp glucose và các carbohydrate khác, hoặc tái tạo RuBP để tiếp tục chu trình Calvin.
RuBisCO, enzyme xúc tác phản ứng giữa RuBP và CO2, là một trong những enzyme phong phú nhất trên Trái Đất. Tuy nhiên, RuBisCO cũng có một nhược điểm là nó có thể phản ứng với oxy (O2) thay vì CO2 trong một quá trình gọi là hô hấp sáng. Hô hấp sáng làm giảm hiệu quả quang hợp vì nó tiêu thụ năng lượng và giải phóng CO2, thay vì cố định nó.
Hiệu quả của quá trình quang hợp ở thực vật C3 phụ thuộc lớn vào nồng độ CO2 và O2 trong môi trường. Khi nồng độ CO2 thấp và nồng độ O2 cao, hô hấp sáng sẽ chiếm ưu thế, làm giảm năng suất cây trồng. Đây là một trong những lý do tại sao thực vật C4 và CAM, có các cơ chế cố định CO2 hiệu quả hơn, có lợi thế hơn trong môi trường nóng và khô, nơi nồng độ CO2 thấp.
Như vậy, Ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP) là chất nhận CO2 đầu tiên của thực vật C3, đóng vai trò không thể thiếu trong quá trình quang hợp. Tuy nhiên, hoạt động của RuBP và enzyme RuBisCO đi kèm với những hạn chế nhất định, ảnh hưởng đến hiệu quả quang hợp của cây trồng trong các điều kiện môi trường khác nhau. Hiểu rõ về cơ chế hoạt động của RuBP giúp chúng ta có cái nhìn sâu sắc hơn về quá trình quang hợp và cách tối ưu hóa năng suất cây trồng.