Quá trình quang hợp được chia thành hai giai đoạn chính là giai đoạn sáng và giai đoạn tối (hình 17.1).
Giai đoạn sáng chỉ diễn ra khi có ánh sáng, trong khi giai đoạn tối có thể xảy ra cả khi có ánh sáng và trong bóng tối.
Trong giai đoạn sáng, năng lượng ánh sáng được chuyển hóa thành năng lượng trong các phân tử ATP và NADPH (nicôtinamit adenin dinucleotit phốtphat).
Trong giai đoạn tối, nhờ ATP và NADPH được tạo ra trong giai đoạn sáng, CO2 sẽ được chuyển hóa thành các hợp chất cacbohydrat.
Giai đoạn sáng xảy ra ở màng tilacoid, trong khi giai đoạn tối diễn ra trong chất nền của nang lục.
1. Giai đoạn sáng
Trong giai đoạn sáng, năng lượng ánh sáng được hấp thụ và chuyển thành năng lượng trong các liên kết hóa học của ATP và NADPH. Do đó, giai đoạn này còn được gọi là giai đoạn biến đổi năng lượng ánh sáng.
Năng lượng ánh sáng được hấp thụ nhờ sự hoạt động của các sắc tố quang hợp.
Sau khi sắc tố quang hợp hấp thụ năng lượng, năng lượng sẽ được chuyển vào chuỗi phản ứng oxi hóa khử của chuỗi điện tử quang hợp. Chuỗi điện tử quang hợp này sẽ tạo ra NADPH và ATP.
Các sắc tố quang hợp và các thành phần của chuỗi điện tử quang hợp được đặt trong màng tilacoid của nang lục. Chúng được tổ chức thành các hệ thống để quá trình hấp thụ và chuyển đổi năng lượng ánh sáng diễn ra hiệu quả.
O2 được tạo ra trong giai đoạn sáng từ các phân tử nước.
Giai đoạn sáng của quang hợp có thể được tóm tắt trong sơ đồ sau:
Sắc tố quang hợp
NLAS + H2O + NADP+ + ADP + P -> NADPH + ATP + O2
(Chú thích: NLAS là năng lượng ánh sáng, P là photphat vô cơ)
2. Giai đoạn tối
Trong giai đoạn tối, CO2 sẽ được khử thành các hợp chất cacbohydrat. Quá trình này còn được gọi là quá trình cố định CO2 vì nhờ quá trình này, các phân tử CO2 tự do sẽ được “cố định” lại trong các phân tử cacbohydrat.
Hiện nay, đã có một số con đường cố định CO2 khác nhau được biết đến. Tuy nhiên, trong số đó, chu trình C3 (hình 17.2) là con đường phổ biến nhất. Chu trình C3 còn được gọi là chu trình Canvin. Chu trình này bao gồm nhiều phản ứng hóa học liên tiếp được xúc tác bởi các enzym khác nhau.
Chu trình C3 sử dụng ATP và NADPH từ giai đoạn sáng để chuyển hóa CO2 từ khí quyển thành các hợp chất cacbohydrat.
Quá trình bắt đầu bằng việc CO2 kết hợp với một hợp chất hữu cơ có 5 cacbon gọi là ribulozôđiphốtphat (RiDP). Sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình là một hợp chất có 3 cacbon. Đây là lý do tại sao chu trình này được gọi là C3. Hợp chất này sẽ được chuyển hóa thành andehit phosphoglyceric (AlPG). Một phần AlPG sẽ được sử dụng để tái tạo RiDP, phần còn lại sẽ chuyển hóa thành tinh bột và saccarozơ. Thông qua các con đường chuyển hóa chất khác nhau, từ cacbohydrat được tạo ra trong quang hợp, sẽ hình thành nhiều loại hợp chất hữu cơ khác.
LADEC