Fotosynthese

Question 1

Atp Synthese und Protonengradient

Answer 1

Protonengradient > Bei der Wasserspaltung entstehen Protonen im Thylakoidinnenraum > Redoxsystem Plastochinon überträgt zwei Protonen von Außenseite zur Innenseite > Proton von Thylakoidaußenseite wird zusammen mit den zwei Elektronen an NADP+ gebunden > Protonenkonzentration im Thylakoidinnenraum deutlich höher als im Außenraum > Konzentrationsunterschied wird zur ATP-Synthese genutzt ATP-Synthese > Protonen fließen am Protonengradienten entlang durch den Kanal der ATPSynthase vom Thylakoidinnenraum ins Stroma > Protonenfluss treibt ATP-Synthase an: bildet aus ADP+P -> ATP > Fotophosphorilierung > Nicht zyklische Phosphorilierung

Question 2

Calvin zyklus

Answer 2

NADPH als Reaktionsmittel, um aus CO2 mithilfe von Enzymen Glucose herzustellen > Fixierung von Kohlenstoffdioxid: Anlagerung von CO2 an Ribulose-1,5-bisphosphat mithilfe des Enzyms Ribulose-1,5- bisphosphat-Carboxylase > Produkt der Fixierung sehr instabil -> zerfällt unter Reaktion mit Wasser sofort in 2 Moleküle 3-Phosphoglycerat > Reduktion zu Glycerinaldehyd-3-Phosphat: Triose=Zuckermolekül mit 3 CO2- Molekülen ➔ 2 Triosen werden zur Herstellung von Glucose benötigt > NADPH + H+ liefert die dazu benötigten Elektronen -> NADP+ > ATP liefert Energie -> ADP + P > Zur Synthese von Glucose muss der Zyklus 6-Mal durchlaufen werden > 12 Moleküle Glycerinaldehyd-3-Phosphat > Restliche 10 “ Moleküle werden eingesetzt um 6 Akzeptormoleküle zu regenerieren unter Gebrauch von 4 ATP > Ribulose-5-Phosphat - 6ATP -> 6ADP + P -> Ribulose-1,5-bisphosphat

Question 3

Lichtreaktion generell

Answer 3

• Energieumwandlung von Lichtenergie in chemische Energie • Endprodukte: NADPH + ATP -> werden zum Glucose Aufbau gebraucht • Findet in Thylakoidmembranen statt • Fotolyse: Wasser wird mithilfe der Lichtenergie in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten ➔ Sauerstoff als Nebenprodukt

Question 4

P680 Fotolyse des Wassers

Answer 4

• Lichtenergie wird von AntennenKomplex des FotoSystems # IP680) absorbiert & ZUM Reaktionszentrum weitergeleitet

° Chlorophyll - aMolekül gelangt dadurch in angeregten Zustand und gibt energiereiches Elektron an ein Akzeptormolekül weiter !

° ElektronenLücke wird aufgefüllt von Elektronen die aus Spaltung des Wassers ( FotoIyse) stammen

• FotoIyse : 2h20 → 4Htt Ozt 4 e Zerlegung von Wasser in Sauerstoff, Protonen & Elektronen durch Licht und Enzyme

Question 5

Fotosysteme

Answer 5

• Sind funktionelle Einheiten aus verschiedenen Fotosynthesefarbstoffen in Thylakoid Membranen Antennenkomplex der Chloroplasten, besitzen Lichtsammelnden Antennenkomplex aus Chlorophyll t Carotinoiden
• sie absorbieren Licht unterschiedlicher Wellenlängen, leiten entsprechende Energie innerhalb des komplexes weiter am besondere CHlorophyll a Molekül -> Reaktionszentrum
• >nur dieses kann absorbierte Energie in fotochemische Arbeit Umwandeln
• > Energiereiches Elektron an Akzeptor weitergeleitet

° FotosystemI: ReaktionsZentrum ist Chlorophyll - AMolekül , ABSORPTIONMAXIMUM bei 700hm ( P700)

-FotoSystemI : AbsorbtionsMaximum bei 680mm IP680)

Question 6

Zyklischer Elektronentransport

Answer 6

° bei ausreichend hoher Konzentration an NADPHTHT in Zelle ist Elektronenfluss nur Über FotoSystem IIP700) möglich

• die vom P700 auf Fd übertragenen Elektronen fließen über ( y zum P700 zurück → ATPBildung

Question 7

4. 2 Elektronentransportt ATPBildung

Answer 7

• angeregte Elektronen fließen Über ElektrodPentransport Kette vom Akzeptormolekül des FotoSystems IL ZUM Fotosystem ICP700)
• während Transfers passieren sie RedoxSysteme 1Pa , Cy & Pc ), Transfer läuft bergab → RedoxSysteme mit hohem Energieniveau auf solche mit niedrigerem Energieniveau

° HtIonen gegen Konzentrationsgefälle in ThylakoidInnenraum gepumt → Protonengradient zur ATPBildung

• Protonen (Ht) fließen Über ATPSynthase zurück ins Stroma→ ATPBildung → FotoPhosphorylierung
• Danach gelangen Elektronen zu FotoSystem I ,füllen dort Elektronenlücke diedurch lichtinduzierte Anregung eines weiteren Elektrons entstand
• dieses Elektron wird von Red System (Fd) Übernommen und mit 2 HtIonen aus FotoIyse auf NADPT übertragen → NADPHH

Question 8

CAM Pflanzen

Answer 8

weitere Anpassung an trockene Standorte → Dickblattgewächse, Kakteen, Ananaspflanzen

• öffnen nachts ihre Spaltöffnungen, nachtsgeschlossen → vermeiden Wasserverlust
• notwendige CO2- Aufnahme erfolgt wie bei C4- Pflanzen : nachts Apfelsäure in Vakuole gespeichert, pH -Wert des ZellSaftes sinkt
• Tagesbeginn: Schließung der SpaltÖffnung , Apfelsäure wird wieder gespalten → pH-Wert steigt
• regelmäßige Änderung des Säuregehaltes im TagNachtWechselspiel → diurnder SäureZyklus
• freigesetztes Oz wird tagsüber in Calvin - Zyklus verarbeitet
• im Gegensatz zu - Pflanzen effektive Wasserspeier bei niedrigerer Produktivität

Question 9

C4 Pflanzen

Answer 9

CO2 - Körper wird erst an (3-Körper gebunden ( PEP)

• katalysierendes Enzym PEPCarboXylase hat höhere Affinität zu CO2 als Rubisco → bei geringer CO2- Versorgung trotzdem ausreichend Fotosynthese
• gebildeter C4- Körper Apfelsäure → C4 - Pflanze

° Besonderheiten : besitzen Bündelscheidenzellen , die die Leitbündel umschließen, zwischen LeitbündelScheide und Blatt liegen MesophyllZellen, hier erfolgt CO2- Fixierung , Transport der C4 - Körper in BündelscheidenZelle , dort wird CO2 wieder freigesetzt und gebunden

• aufgrund höherer CO2 - Konzentration findet kein StoffVerlust durch Lichtatmung statt → Weiterverarbeitung in CalvinZyklus

° Bei optimaler LichtVersorgung zeigen sie höhere Zuwachsrate als Cs - Pflanzen → Hochleistungspflanzen , z . B. Mais