Quang hợp là quá trình quan trọng cho sự sống trên Trái Đất, được chia thành hai pha chính: pha sáng và pha tối. Pha tối, hay còn gọi là chu trình Calvin, là nơi CO2 được cố định và chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ. Ở các nhóm thực vật khác nhau (C3, C4 và CAM), pha tối diễn ra có sự khác biệt đáng kể.
I. Chu Trình Calvin ở Thực Vật C3
Thực vật C3 là nhóm phổ biến nhất, bao gồm từ rêu đến các cây gỗ lớn. Pha tối của chúng diễn ra hoàn toàn trong chất nền của lục lạp, thông qua chu trình Calvin.
Chu trình Calvin bao gồm ba giai đoạn chính:
-
Giai đoạn cố định CO2:
- Chất nhận CO2 đầu tiên và duy nhất là Ribulozo-1,5-điphotphat (RiDP), một hợp chất 5 carbon (5C).
- Sản phẩm đầu tiên được tạo ra là Axit photphoglyxeric (APG), một hợp chất 3 carbon (3C).
-
Giai đoạn khử:
- APG được khử thành AlPG (aldehit phosphoglixeric) nhờ ATP và NADPH được cung cấp từ pha sáng.
- Một phần AlPG tách ra khỏi chu trình và kết hợp với một phân tử triozo khác để tạo thành glucose (C6H12O6), từ đó hình thành tinh bột, axit amin, và các hợp chất hữu cơ khác.
-
Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu (Rib- 1,5 diphosphat):
- Phần lớn AlPG trải qua nhiều phản ứng, sử dụng ATP, để tái tạo lại RiDP, đảm bảo chu trình có thể tiếp tục.
II. Chu Trình Quang Hợp ở Thực Vật C4
Thực vật C4, bao gồm mía, ngô và cao lương, thích nghi với môi trường nhiệt đới và cận nhiệt đới nóng ẩm. Chu trình quang hợp của chúng diễn ra trong hai loại tế bào khác nhau: tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch.
-
Tại tế bào mô giậu:
- Chất nhận CO2 đầu tiên là phosphoenol pyruvate (PEP), một hợp chất 3C.
- Sản phẩm ổn định đầu tiên là axit oxaloacetic (AOA), một hợp chất 4C. Sau đó, AOA chuyển hóa thành axit malic (AM) trước khi được vận chuyển vào tế bào bao bó mạch.
-
Tại tế bào bao bó mạch:
- AM bị phân hủy để giải phóng CO2, cung cấp cho chu trình Calvin (tương tự như ở thực vật C3). Axit pyruvic, một hợp chất 3C, được tạo ra và quay trở lại tế bào mô giậu để tái tạo PEP.
- Chu trình Calvin diễn ra như ở thực vật C3.
Thực vật C4 có nhiều ưu điểm hơn thực vật C3: cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO2 thấp hơn, điểm bão hòa ánh sáng cao hơn và nhu cầu nước thấp hơn. Do đó, chúng có năng suất cao hơn.
III. Chu Trình Quang Hợp ở Thực Vật CAM
Thực vật CAM (Crassulacean Acid Metabolism) bao gồm các loài mọng nước như xương rồng, dứa và thanh long, sống ở vùng hoang mạc khô hạn.
Để tránh mất nước, khí khổng của thực vật CAM đóng vào ban ngày và mở vào ban đêm, cố định CO2 theo con đường CAM.
-
Vào ban đêm: Nhiệt độ môi trường giảm, khí khổng mở ra, CO2 khuếch tán vào lá.
- Chất nhận CO2 đầu tiên là PEP, và sản phẩm ổn định đầu tiên là AOA.
- AOA chuyển hóa thành AM và được vận chuyển vào các tế bào dự trữ.
-
Vào ban ngày: Khí khổng đóng lại.
- AM bị phân hủy, giải phóng CO2 cung cấp cho chu trình Calvin và axit pyruvic tái sinh PEP.
Chu trình CAM gần giống với chu trình C4, nhưng khác biệt về thời gian: cả hai giai đoạn của chu trình C4 đều diễn ra ban ngày, còn chu trình CAM phân chia thực hiện vào ban đêm và ban ngày.
