Ôn tập — Hô hấp tế bào và quang hợp

Một phân tử carbon dioxide trong không khí được lá cây hấp thụ vào một buổi sáng có nắng. Hãy mô tả hành trình có thể của nguyên tử carbon đó, từ lúc vào lá tới lúc có thể trở lại thành carbon dioxide.

Carbon dioxide đi vào chất nền lục lạp, được RuBisCO cố định vào RuBP ở chu trình Calvin — đây là lúc carbon từ không khí lần đầu tiên gắn vào một hợp chất hữu cơ của cây.

ATP và NADPH từ pha sáng khử hợp chất chứa carbon đó thành G3P, rồi một phần G3P nối lại thành glucose — carbon giờ đã nằm trong một phân tử đường ổn định.

Khi tế bào cần năng lượng, glucose chứa carbon đó bước vào đường phân ở tế bào chất, rồi vào chu trình Krebs ở chất nền ti thể — chính ở chu trình Krebs, carbon này bị tách ra dưới dạng khí carbon dioxide.

Vậy carbon đi từ không khí, qua chu trình Calvin thành glucose, rồi qua chu trình Krebs của hô hấp tế bào trở lại thành khí carbon dioxide — một vòng khép kín hoàn chỉnh, có thể chỉ mất vài giờ trong cùng một cây nếu cây vừa quang hợp vừa hô hấp song song.

Một chậu cây khoẻ mạnh bị đặt trong phòng tối hoàn toàn suốt 12 giờ liên tục, đủ nước và không khí lưu thông bình thường. Hãy dự đoán: (1) quang hợp và hô hấp tế bào của cây diễn biến ra sao trong 12 giờ đó; (2) chiều trao đổi khí ròng của cây với môi trường.

Không có ánh sáng, pha sáng không thể hoạt động vì cần ánh sáng trực tiếp để diệp lục hấp thụ; kéo theo chu trình Calvin cũng dừng sau khi cạn ATP, NADPH dự trữ — quang hợp gần như bằng không suốt 12 giờ.

Hô hấp tế bào không phụ thuộc ánh sáng, chỉ cần glucose dự trữ và oxygen từ không khí — cả hai vẫn đủ trong phòng thông thoáng, nên hô hấp tế bào tiếp tục diễn ra bình thường suốt 12 giờ, đúng như một cây vẫn hô hấp cả ngày lẫn đêm.

Vì chỉ hô hấp hoạt động, không có quang hợp bù lại, cây liên tục hấp thụ oxygen và thải carbon dioxide suốt 12 giờ — giống hệt tình huống ban đêm đã học ở bài mối quan hệ.

Vậy quang hợp gần như ngừng hẳn còn hô hấp tế bào vẫn diễn ra bình thường; cây hấp thụ oxygen ròng và thải carbon dioxide ròng suốt 12 giờ trong tối, đúng cơ chế đã học: quang hợp cần ánh sáng trực tiếp, hô hấp thì không.