Hình 17.1 Hai pha của quá trình quang hợp

Quá trình quang hợp thường được chia thành 2 pha là pha ,sáng và pha tối (hình 17.1). Pha sáng chỉ có thể diễn ra khi có ánh sáng, còn pha tối có thể diễn ra cả khi có ánh sáng và cả trong tối. Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được biến đổi thành năng lượng trong các phân tử ATP và NADPH (nicôtinamit ađênin đinuclêôtit phôtphat). Trong pha tối, nhờ ATP và NADPH được tạo ra trong pha sáng, CO2 sẽ được biến đổi thành cacbohiđrat. Pha sáng diễn ra ở màng tilacôit còn pha tối diễn ra trong chất nền của lục lạp. Quá trình sử dụng ATP và NADPH trong pha tối sẽ tạo ra ADP và NADPH. Các phân tử ADP và NADP+ này sẽ được tái sử dụng trong pha sáng để tổng hợp ATP và NADPH.
1. Pha sáng
Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được hấp thụ và chuyển thành dạng năng lượng trong các liên kết hóa học của ATP và NADPH. Vì vậy, pha này còn được gọi là giai đoạn chuyển hóa năng lượng ánh sáng.
Quá trình hấp thụ năng lượng ánh sáng thực hiện được nhờ hoạt động của các phân tử sắc tố quang hợp.
Sau khi được các sắc tố quang hợp hấp thụ, năng lượng sẽ được chuyển vào một loạt các phản ứng ôxi hoá khử của chuỗi chuyền êlectron quang hợp. Chính nhờ hoạt động của chuỗi chuyển êlectron quang hợp mà NADPH và ATP sẽ được tổng hợp.
Các sắc tố quang hợp và các thành phần của chuỗi chuyền êlectron quang hợp đều được định vị trong màng tilacôit của lục lạp. Chúng được sắp xếp thành những phức hệ có tổ chức, nhờ đó quá trình hấp thụ và chuyển hoá năng lượng ánh sáng xảy ra có hiệu quả.
O2 được tạo ra trong pha sáng có nguồn gốc từ các phân tử nước.
Pha sáng của quang hợp có thể được tóm tắt bằng sơ đồ dưới đây :
Sắc tố quang hợp
NLAS + H2O+ NADP+ + ADP + ®i — -»NADPH + ATP + O2
(Chú thích : NLAS là năng lượng ánh sáng, P là phôtphat vô cơ)
2. Pha tối
Trong pha tối, CO2 sẽ bị khử thành cacbohiđrat. Quá trình này còn được gọi là quá trình cố định CO2 vì nhờ quá trình này. các phân tử CO2 tự do được “cố định” lại trong các phân tử cacbohiđrat.
Hiện nay, người ta đã biết một vài con đường cố định CO2 khác nhau. Tuy nhiên, trong các con đường đó, chu trình C3 (hình 17.2) là con đường phổ biến nhất. Chu trình C3 còn có một tên gọi khác là chu trình Canvin. Chu trình này gồm nhiều phản ứng hóa học kế tiếp nhau được xúc tác bởi các enzim khác nhau.

Hình 17.2 Sơ đồ giản lược của chu trình C3

Chu trình C3 sử dụng ATP và NADPH đến từ pha sáng để biến đổi CO2 của khí quyển thành cacbohiđrat.
Chất kết hợp với CO2, đầu tiên là một phân tử hữu cơ có 5 cacbon là ribulôzôđiphôtphat (RiDP). Sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình là hợp chất có 3 cacbon. Đây chính là lí do dẫn đến cái tên C3 của chu trình. Hợp chất này được biến đổi thành Anđêhit phôtphoglixêric (A/PG). Một phần A/PG sẽ được sử dụng để tái tạo RiDP. Phần còn lại biến đổi thành tinh bột và saccarôzơ. Thông qua các con đường chuyển hoá vật chất khác nhau, từ cacbohiđrat tạo ra trong quang hợp sẽ hình thành nhiều loại hợp chất hữu cơ khác.