Sắc tố quang hợp.
Trong lục lạp có 3 nhóm sắc tố chính là chlorophyll, carotenoid và phicobilin. Ở thực vật bậc cao có chlorophyll, carotenoid, còn ở thực vật bậc thấp thêm nhóm phicobilin.
- Chlorophyll. Năm 1913 Winstater đã xác định được cấu tạo của phân tử chlorophyll. Cấu trúc cơ bản của chlorophyll là nhân porphyrin. Nhân porphyrin do 4 vòng pyrol nối với nhau bằng các cầu metyl tạo thành vòng khép kín. Giữa nhân có nguyên tử Mg tạo nên cấu trúc dạng hem. Bên cạnh các vòng pyrol còn có vòng phụ thứ 5. Điều đặc biệt quan trọng là trên nhân porphyrin hình thành 10 nối đôi cách là cơ sở của hoạt tính quang hoá của chlorophyll.
Từ nhân porphyrin có hai gốc rượu là metol (CH3OH) và fytol (C20H39OH) nối vào tại C10 và C7.
Có nhiều loại phân tử chloropyll. Các loại chlorophyll đều có phần cấu trúc giống nhau, đó là nhân porphyrin và 2 gốc rượu. Mỗi loại chloropyll được đặc trưng riêng bởi các nhóm bên khác nhau tạo nên một số tính chất khác nhau.
Chlorophyll là chất có hoạt tính hoá học cao, vừa có tính axit, vừa có tính kiềm. Đặc biệt chloropyll có những tính chất lý học quan trọng giúp cho chúng thực hiện chức năng trong quang hợp.
Tính chất lý học quan trọng nhất là chlorophyll có khả năng hấp thụ năng lượng áng sáng chọn lọc. Quang phổ hấp thụ cực đại của chlorophyll vùng tia xanh (l: 430-460 nm) và vùng ánh sáng đỏ ((l: 620-700 nm). Nhờ khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh nên chloropyll có hoạt tính quang hoá. Khi hấp thụ năng lượng từ các lượng tử ánh sáng, năng lượng của các lượng tử đã làm biến đổi cấu trúc của chlorophyll làm cho phân tử chlorophyll trở thành trạng thái giàu năng lượng - trạng thái kích động điện tử. Ở trạng thái đó phân tử chlorophyll thực hiện các phản ứng quang hoá tiếp theo.
Một tính chất quan trọng khác của chlorophyll là có khả năng huỳnh quang. Nhờ khả năng huỳnh quang mà năng lượng được truyền qua các hệ sắc tố để tập trung vào hai tâm quang hợp.
Nhờ những tính chất trên nên chlorophyll là sắc tố có vai trò quan trọng trong quang hợp. Chlorophyll tiếp nhận năng lượng ánh sáng truyền năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện tử của chlorophyll để rồi biến đổi năng lượng điện tử thành năng lượng hoá học tích trữ trong ATP cung cấp cho quá trình tổng hợp chất hữu cơ.
- Carotenoid: Carotenoid là nhóm sắc tố phụ tạo nên các loại màu sắc của cây xanh. Carotenoid gồm 2 nhóm có thành phần khác nhau: caroten và xantohophyl.
+ Caroten: có công thức tổng quát C40H56.
+ Xantophyl: có công thức tổng quát C40HnOm
(trong đó: n = 52 58; m = 16)
Caroten cũng có khả năng hấp thụ ánh sáng chọn lọc. Quang phổ hấp thụ cực đại của nhóm sắc tố này nằm ở khoảng 420-500nm. Như vậy nhóm này hấp thụ ánh sáng có bước sóng ngắn. Nhóm carotenoid hấp thụ khoảng 10-20% tổng năng lượng ánh sáng và hấp thụ 30-50% tổng bức xạ sóng ngắn chiếu vào lá.
Carotenoic cũng có khả năng huỳnh quang nhờ đó mà năng lượng ánh sáng do nhóm này hấp thụ có thể truyền sang cho chlorophyll để chuyển đến 2 tâm quang hợp.
Chức năng chính của nhóm sắc tố này là hấp thụ năng lượng ánh sáng rồi truyền sang cho chlorophyll.
Một chức năng rất quan trọng khác của carotenoic là bảo vệ chlorophyll. Có thể xem carotenoic là cái lọc ánh sáng thu bớt năng lượng của các tia bức xạ có năng lượng lớn, nhờ đó bảo vệ cho chlorophyll tránh bị phân huỷ khi chịu tác động của các tia bức xạ có năng lượng lớn.
- Ficobilin: ficobilin là nhóm sắc tố phụ phổ biến ở thực vật bậc thấp. Ficobilin cũng có 2 nhóm khác nhau: Ficocyanin và Ficoerytrin.
Cấu trúc Ficobilin gồm 4 vòng pyrol nối với nhau bằng cầu metyl tạo nên dạng mạch thẳng. Ficobilin hấp thụ ánh sáng ở vùng có bước sóng trung bình (l = 540-620 nm).
4.2.1.2. Hệ vận chuyển điện tử quang hợp.
Tham gia vào quá trình quang hợp có nhiều chất có khả năng oxi hoá khử thuận nghịch để thực hiện chức năng vận chuyển è trong quang hợp.
* Các chất quinon: đây là nhóm chất rất phổ biến gồm nhiều chất khác nhau như coenzim Q, vitamin K, phastoquinon (PQ); Phức hệ protein -Fe-S; plastoxianin (Pc); Feredoxin (Fed) xytocrom .... Các chất này tham gia vào chuỗi vận chuyển điện tử tách ra từ hệ quang hoá 2.
* Phức hệ Fe-S-protein. Năm 1982 Rieske đã phát hiện ra phức hệ có chứa Fe, S của protein trong hệ thống vận chuyển điện tử quang hợp. Trong chuỗi chuyển điện tử quang hợp, phức hệ này liên kết với xytocrom F và xytocrom b6 tạo nên một hệ thống có khả năng oxy hoá plasto quinon và khử plasto cianin.
* Plastoxianin. Đây là một loại protein có chứa Cu tham gia vào vận chuyển điện tử từ phức hợp Fe-S-protein đến P700.
* Xytocrom: xytocrom là hệ vận chuyển điện tử quan trọng trong cơ thể sống. Có nhiều loại xytocrom khác nhau với chức năng khác nhau.
Trong quang hợp có các loại xytocrom b6, xytocrom F, xytocrom b559 tham gia vào các vị trí khác nhau của chuỗi vận chuyển điện tử quang hợp.
* Feredoxin. Feredoxin là phân tử protein không có cấu trúc hem. Trong thành phần axit amin không có Histidin, Tritophan, Metionin.
Feredoxin có thế khử cao (Eo = -0,43v) nên tham gia vào quá trình khử trong hệ thống vận chuyển điện tử quang hợp và một số quá trình khử khác.
