Cố định carbon – Wikipedia tiếng Việt

Cố định carbon hay đồng hóa carbon là quá trình chuyển đổi carbon vô cơ (carbon dioxide) thành các hợp chất hữu cơ bởi các sinh vật sống. Ví dụ nổi bật nhất là quang hợp, mặc dù hóa tổng hợp là một hình thức cố định carbon có thể diễn ra không cần có mặt của ánh sáng mặt trời. Các sinh vật phát triển bằng cách cố định carbon được gọi là sinh vật tự dưỡng. Sinh vật tự dưỡng bao gồm sinh vật quang dưỡng, trong đó tổng hợp các hợp chất hữu cơ sử dụng năng lượng của ánh sáng mặt trời, và sinh vật vô cơ dưỡng, tổng hợp các hợp chất hữu cơ sử dụng năng lượng của quá trình oxy hóa vô cơ. Sinh vật dị dưỡng là sinh vật phát triển bằng cách sử dụng carbon cố định bởi sinh vật tự dưỡng. Các hợp chất hữu cơ được sử dụng bởi sinh vật dị dưỡng để sản xuất năng lượng và xây dựng cấu trúc cơ thể. “Carbon cố định”, “carbon được khử” và “carbon hữu cơ” là các thuật ngữ tương đương cho các hợp chất hữu cơ khác nhau.[1]

Mạng với tổng CO2 cố định[sửa|sửa mã nguồn]

2 fixation by land and sea-based organisms.Graphic showing net annual amounts of COfixation by land and sea-based organisms .Người ta ước tính có khoảng chừng 258 tỷ tấn carbon dioxide được quy đổi qua quang hợp hàng năm. Phần lớn những cố định xảy ra trong môi trường tự nhiên biển, đặc biệt quan trọng là những khu vực có chất dinh dưỡng cao. Tổng lượng carbon dioxide cố định lớn hơn nhiều vì khoảng chừng 40 % được tiêu thụ bằng cách hô hấp sau khi quang hợp. [ 1 ] Với quy mô của quá trình này, hoàn toàn có thể hiểu rằng RuBisCO là loại protein phong phú và đa dạng nhất trên Trái Đất .

Tổng quan về lộ trình[sửa|sửa mã nguồn]

Sáu con đường cố định carbon tự dưỡng được biết đến tính đến năm 2011. Chu trình Calvin cố định carbon trong lục lạp của thực vật và tảo, và trong vi khuẩn lam. Nó cũng cố định carbon trong quang hợp không oxy trong một loại proteobacteria được gọi là vi khuẩn tím, và trong một số proteobacteria không quang dưỡng.[2]

Quang hợp tạo oxy[sửa|sửa mã nguồn]

Trong quá trình quang hợp, nguồn năng lượng từ ánh sáng mặt trời dẫn đến con đường cố định carbon. Việc quang hợp tạo oxy được sử dụng bởi những sinh vật sản xuất sơ cấp — thực vật, tảo và vi trùng lam. Chúng chứa sắc tố diệp lục, và sử dụng quy trình Calvin để cố định carbon tự dưỡng. Quá trình hoạt động giải trí như sau :

2H2O → 4e− + 4H+ + O2

CO2 + 4e− + 4H+ → CH2O + H2O

Trong bước đầu tiên, nước được phân tách thành những electron, proton và oxy tự do. Điều này được cho phép sử dụng nước, một trong những chất đa dạng chủng loại nhất trên Trái đất, như một chất cho electron — một nguồn nguồn năng lượng khử. Việc giải phóng oxy tự do là một tính năng phụ có tính năng rất lớn. Bước đầu tiên sử dụng nguồn năng lượng của ánh sáng mặt trời để oxy hóa nước thành O2, và sau cuối để tạo ra ATP

ADP + Pi ⇌ ATP + H2O

và chất khử, NADPH

NADP+ + 2e− + 2H+ ⇌ NADPH + H+

Trong bước thứ hai, được gọi là quy trình Calvin, việc cố định trong thực tiễn carbon dioxide được thực thi. Quá trình này tiêu thụ ATP và NADPH. Chu trình Calvin trong thực vật chiếm lợi thế của việc cố định carbon trên đất liền. Trong tảo và vi trùng lam, nó chiếm lợi thế của sự cố định carbon trong những đại dương. Chu trình Calvin quy đổi carbon dioxide thành đường, như triose phosphat ( TP ), là glyceraldehyde 3 – phosphat ( GAP ) cùng với dihydroxyacetone phosphat ( DHAP ) :

3 CO2 + 12 e− + 12 H+ + Pi → TP + 4 H2O

Một quan điểm lý giải cho NADPH ( nguồn của e − ) và ATP :

3 CO2 + 6 NADPH + 6 H+ + 9 ATP + 5 H2O → TP + 6 NADP+ + 9 ADP + 8 Pi

Công thức của phosphat vô cơ ( Pi ) là HOPO32 − + 2H +. Công thức của triose và TP là C2H3O2-CH2OH và C2H3O2-CH2OPO32 − + 2H +

Xem xét tiến hóa[sửa|sửa mã nguồn]

Ở một nơi nào đó từ 3,5 đến 2,3 tỷ năm trước, tổ tiên của vi trùng lam tiến hóa quang hợp oxy, được cho phép sử dụng phân tử H2O đa dạng chủng loại nhưng dễ bị oxy hóa như một chất cho electron cho chuỗi luân chuyển điện tử của bơm proton xúc tác chịu nghĩa vụ và trách nhiệm tổng hợp ATP hiệu suất cao. [ 3 ] [ 4 ] Khi bước nâng tầm tiến hóa này xảy ra, tự phát ( tăng trưởng sử dụng carbon vô cơ là nguồn carbon duy nhất ) được cho là đã được tăng trưởng. Tuy nhiên, sự ngày càng tăng của vi trùng lam, do năng lực khai thác nước của chúng như thể một nguồn electron, biến hóa trọn vẹn thiên nhiên và môi trường toàn thế giới bằng cách oxy hóa khí quyển và bằng cách đạt được lượng tiêu thụ CO2 lớn. [ 5 ]

Cơ chế tập trung chuyên sâu carbon[sửa|sửa mã nguồn]

Nhiều sinh vật quang hợp không có chính sách hấp thụ carbon vô cơ ( CCM ), làm tăng nồng độ carbon dioxide có sẵn cho carboxylase khởi đầu của quy trình Calvin, enzyme RuBisCO. Những quyền lợi của CCM gồm có tăng năng lực chịu đựng nồng độ thấp của carbon vô cơ bên ngoài, và giảm tổn thất từ hô hấp sáng. CCM hoàn toàn có thể giúp cây cối chịu được áp lực đè nén nhiệt và nước nhiều hơn .Các chính sách tập trung chuyên sâu carbon sử dụng enzyme carbonic anhydrase ( CA ), xúc tác cả sự khử nước của bicacbonat với carbon dioxide và hydrat hóa carbon dioxide thành bicacbonat

HCO3− + H+ ⇌ CO2 + H2O

Màng lipid ít thấm bicacbonate hơn carbon dioxide. Để thu giữ carbon vô cơ hiệu quả hơn, một số thực vật đã thích ứng với các phản ứng bổ sung

HCO3− + H+ + PEP → OAA + Pi

được xúc tác bởi PEP carboxylase ( PEPC ), tới carboxylate phosphoenolpyruvate ( PEP ) tới oxaloacetate ( OAA ) là một axit dicarboxylic C4 .

Thực vật CAM[sửa|sửa mã nguồn]

Thực vật CAM sử dụng sự trao đổi chất axit Crassulacean như là một thích ứng cho các điều kiện khô cằn. CO2 đi qua khí khổng trong đêm và được chuyển thành hợp chất 4-carbon, axit malic, giải phóng CO2 để sử dụng trong chu trình Calvin trong ngày, khi khí khổng đóng lại. Cây phỉ thúy (Crassula ovata) và xương rồng là điển hình của thực vật CAM. Mười sáu nghìn loài thực vật  sử dụng CAM.[6] Những cây này có tỉ lệ đồng vị carbon từ −20 đến −10 ‰.

Thực vật C4[sửa|sửa mã nguồn]

Thực vật C4 khởi đầu quy trình Calvin với những phản ứng phối hợp CO2 thành một trong những hợp chất 4 – carbon, axit malic hoặc axit aspartic. Thực vật C4 có giải phẫu lá đặc biệt quan trọng. Các loại cây hòa thảo, ví dụ điển hình như mía và ngô là thực vật C4, nhưng cũng có nhiều cây lá rộng là C4. Nhìn chung, 7600 loài thực vật trên mặt đất sử dụng cố định carbon C4, chiếm khoảng chừng 3 % tổng số loài. [ 7 ] Những cây này có tỉ lệ đồng vị carbon từ − 16 đến − 10 ‰ .

Thực vật C3

Xem thêm: Sản phẩm của quá trình hô hấp ở thực vật là chất nào sau đây

[sửa|sửa mã nguồn]

Phần lớn thực vật là thực vật C3. Chúng được gọi như thế để phân biệt với những thực vật CAM và C4, và chính do những sản phẩm carboxyl hóa của quy trình Calvin là những hợp chất 3 – carbon. Chúng thiếu những quy trình axit dicarboxylic C4 và do đó có điểm bù carbon dioxide cao hơn so với thực vật CAM hoặc C4. Thực vật C3 có một tỉ lệ đồng vị carbon từ − 24 đến − 33 ‰. [ 8 ]
Một số vi trùng sử dụng carboxysomes như chính sách cố định carbon .

Các con đường tự dưỡng khác[sửa|sửa mã nguồn]

Trong năm con đường tự dưỡng khác, hai con đường chỉ được biết đến trong vi trùng, chỉ có hai trong vi trùng cổ, và một ở cả hai loại vi trùng và vi trùng cổ .

Source: https://thevesta.vn
Category: Sản Phẩm