11 VL - Photosynthese II

Question 1

Photosynthetische Einheit in bakteriellen Purpurbakterien und wie funktioniert sie?

Answer 1

• PSU (photosynthetic unit) = RZ + Lichtsammelkomplexe (LHCs): Enthalten Pigmente- BChl und Karotine

• PSU: LHC absorbieren Licht und geben Anregungsenergie an das RZ weiter. Im RZ findet dann Ladungstrennung statt.
• Mittels Chinonmoleküle (Q): Erzeugung eines H+- Gradient
• H+- Gradient : Treibende Kraft für Umwandlung von ADP in ATP

Question 2

Was ist die antreibenden Kraft für die Umwandlung von ADP zu ATP?

Answer 2

Protonengradient

Question 3

Was ist die Funktiond er Cars in den LH1 und LH2 (light harvesting complex)?

Answer 3

Erweiterung des Absorptionsspektrum und als Schutzfunktion vor Triplett-Zuständen des BChla

Question 4

Woraus setzt sich die Photosynthesis unit zusammen?

Answer 4

PSU = RZ + LH (Antennen)

Question 5

Wie verläuft die Weiterleitung der Energie von den Antennen zum RZ?

Answer 5

Die kleineren LH2 transportieren die Energie rasch zum größeren LH1 Komplex (innerhalb 40 ps –> ultraschnell)

Question 6

Was ist der Exzitonentransfer (Resonanz-Energietransfer)? (ROT)

Answer 6

Angeregte Moleküle übertragen ihre Anregungsenergie zu einem eng benachbarten Molekül mit ähnlichen elektronischen Eigenschaften

Question 7

Wofür steht FRET und was passiert bei dem Förster-Mechanismus? (ROT)

Answer 7

Förster - Resonanzenergietransfer

Förster-Mechanismus:
Abstandsabhängige ET (Energietransfer) von einem angeregten Donor (Farbstoffes) auf einen Akzeptor (zweiter Farbstoff)

WICHTIG: Die Energie wird dabei strahlungsfrei und somit nicht über eine Abgabe (Emission) und
Aufnahme (Absorption) von Photonen ausgetauscht

Question 8

Welcher Prozess basiert auf FRET?

Answer 8

Der Energietransfer in den Lichtsammelkomplexen Photosynthese-betreibender Organismen

Question 9

Weshalb verläuft der ET bei FRET strahlungslos?
Auf welchem physikalischen GEsetzt beruht der Prozess?
(ROT)

Answer 9

Ursache: Die Energie eines angeregten Donorfarbstoffs wird nicht in Form eines Photons abgegeben, sondern strahlungslos über Dipol - Dipol Wechselwirkungen auf einen Akzeptorfarbstoff übertragen

Coulomb-Gesetz

Question 10

Voraussetzungen für FRET?

Answer 10

1. Abstand: D und A dürfen nur wenige nm (< 10 nm)
   voneinander entfernt
2. Überlappung der Spektren von Donoremission und Akzeptorabsorption
3. Richtige Orientierung der Übergangsdipole

Question 11

Was geschieht beim Dexter-Mechanismus? Was ist die Voraussetzung und worauf basiert er?

Answer 11

Energietransfer zwischen den Molekülen durch Elektronenaustausch

Voraussetzung: Kurze Entfernung (< 1 nm) erfordert
Überlappung der Molekülorbitale (nur eng benachbarte Pigmentmoleküle im selben Protein)

Basiert auf einem Austausch von Elektronen

Question 12

Was ist der Stokes Shift?

Answer 12

Energieverlust angeregter Elektronen durch strahlungslose Energieabgabe (internal conversion)

• -> Blaue Quanten wirken wie rote, obwohl ihr Energiegehalt größer ist, da Elektronen erst in den S1 Zustand zurückkehren (IC) bevor sie durch Emission eines Photons in den Grundzustand zurückkehren
• -> S1 Zustand liegt im Energiebereich von rotem Licht

Question 13

Pflanzen geben ca 0,5% der aufgenommenen Strahlungsenergie als Fluoreszenz ab. Von welchem Molekül stammt diese hauptsächlich?

Answer 13

PSII-Chl-Molekülen (CP43/CP47)

Question 14

Def. photosynthetische Quantenausbeute (Φ)

Answer 14

Das Verhältnis zwischen der Anzahl der absorbierten Photonen (Lichtquanten) und einem daraus folgenden Ereignis wie Fluoreszenz oder einer chemischen Reaktion

immer < 1

Question 15

Wofür steht PAM und was kann damit gemessen werden?

Answer 15

Puls-Amplitudenmodulierte Chl - Fluoreszenz

Aussagen über den aktuellen Status des PSII
Störungen des Photosynthese-Apparates können sichtbar gemacht werden

optimale Quantenausbeute

maximale Quantenausbeute

Question 16

Warum findet in geschlossenen PS keine Energietransfer statt und somit auch keine Photosynthese?

Answer 16

QB ist nicht mehr in der Bindungstasche und Elektronen bleiben am QA hängen. QA liegt vollständig reduziert vor.

Kein Elektronentransfer mehr möglich.
Lichtenergie: über Wärme und Fluoreszenz desaktiviert

Fluoreszenz erreicht sein Maximum

Question 17

Funktionen von LHC

Answer 17

Normales Licht:
LHC fangen Sonnen energie ein:
Übertragen diese zum RZ der Photosysteme

Hohes Licht:
LHC von PSII schalten zu einem gelöschten Zustand um.

Vermeidung von Lichtschädigungen:
Wärme wird frei

Question 18

Was sind Xantophylle und was ist ihre Funktion? (ROT)

Answer 18

Sauerstoffhaltige Derivate der Carotine
–> sind neben den Carotinen die wichtigste Gruppe der Carotinoiden

Sie wirken in PSii und PSi als Energiedonoren und -Akzeptoren und haben zusätzlich eine Schutzfunktoin gegen zu höhe Strahlungsintensität (NPQ)

Question 19

Was ist der Xanthophyll-Zyklus? (Rot)

Answer 19

Xanthophyll kann zwischen zwei Konformationen wechseln:

Violaxanthin (V): liegt vor bei geringen Lichtintensitäten und kann Lichtenergie gut weiterleiten (nicht-löschender Zustand)

Zeaxanthin (Z): kann die auftreffende Lichtenergie in Wärme umwandeln und abgeben (Erhöhtes NPQ) (Quencher?)

Zwischenstufe von V und Z ist A (Antheraxanthin)

Question 20

Was passiert bei dynamischer Photoinhibition?

Answer 20

Bei moderaten Lichtintensitäten wird nur die Quanteneffizienz (Φ) reduziert (Steigung der Kurve), aber die max. Photosyntheserate bleibt erhalten –> Wärme frei (Schutzmechanismen)

Question 21

Was passiert bei Chronische Photoinhibition?

Answer 21

Starke Lichteinstrahlung reduziert sowohl Quanteneffizienz als auch max. Photosynthese rate (D1- Schädigungen)

Question 22

Was wird bei Lichtstress im PSII zerstört? Welchen Reparaturmechnismus gibt es?

Answer 22

D1 wird zerstört

turn-over: D1 wir alle 1/2 Std ausgetauscht