Photosynthese

Question 1

Warum ist Chlorophyll grün?

Answer 1

Chlorophyll ist grün in unseren Augen, weil es rotes und blaues Licht absorbiert und der grüne Anteil des Lichtes reflektiert wird (550nm).

Question 2

Was sind die 4 Funktionsbereiche der Photosynthese und in welchen Zeiträumen finden diese statt?

Answer 2

1. Absorption(fs)
2. Photochemie in Pigmenten(ps oder ns)
3. Elektronentransport(ms)->Reduktionsäquivalente+Protonentransport
4. Biochemie(ms-s)->CO₂-Fixierung;Kohlenstoffassimilation

Question 3

Was versteht man unter akzessorischen Pigmenten?

Answer 3

• Hilfspigmente bei der Photosynthese
• >absorbieren Licht im Wellenlängenbereich, das Chlorophyll selbst nicht absorbieren kann
• hierzu gehören Carotinioide(absorberen blau-grünes Licht) und Phycobiline und Chlorophyll b
• so kann das gesamte Lichtspektrum absorbiert werden

Question 4

Wie sind Chloroplasten aufgebaut?

Answer 4

• Doppelmembran
• Stroma zwischen innerer Hüllmembran und Thylakoiden
• Granathylakoidmembran -

Stromathylakoidmembran

• Lumen: umschlossen von Thylakoidmembran

Question 5

Wie findet die Lichtabsorption bei der Photosynth

Answer 5

• über Lichtsammelkomplexe
• >Light-harvesting-Chlorophyll-binding-protein
• Chlorophylle absorbieren Licht und daraufhin Energietransfer zum Reaktionszentrum
• Carotenoide sind 1. als akzessorische Pigmente und 2. als Schutzpigmente in den Antennenkomplexen eingesetzt.

Question 6

Wie funktioniert der Energietransfer von den Antennen zum Reaktionszentrum?

Answer 6

-periphere Antennen absorbieren Licht mehr im kurzwelligen Bereich->Transfer Energie zu Pimenten mit niedrigeren Energieabsorptionsmaxima bis zum Chlorophyll mit langwelligstem Absorptionsmaximum im Reaktionszentrum

Question 7

Wie ist die Anordnung der Photosynthese-Proteinkomplexe in der Thylaokoidmembran?

Answer 7

Granathylakoide:enthalten mehr PSII, LHCII und auch den Cytochrom b6/f-complex .

• Stromathylakoide: enthalten vorwiegend PSI und ATP Synthase, und auch den Cytochrom b6/f-complex.

Question 8

Was ist das Ergebnis von Wirkungsspektren?

Answer 8

• O₂-Produktion als Funktion der Wellenlänge-> wie effizient kann Licht aus unterschiedlichen Wellenlängen für Photosynthese genutzt werden
• >Vor allem rot und blauer Bereich-> Hauptsächlich ist Chlorophyll hauptsächloch an Photosynthese beteiligtes Pigment

Question 9

Was ist die Funktion der Photosynthese?Wie wird Energie umgewandelt?

Answer 9

• Sonnenlicht → H+ gradient → ATP
• H2O → Elektronentransport → NADPH

Question 10

Was sind die Proteinkomplexe der Photosynthese?

Answer 10

• PSII+LHC+OEC
• Cyt/b6f
• PSI+LHC
• ATP-Synthase

Question 11

Wie ist der PSII aufgebaut?

Answer 11

P680 das zentrale Reaktionszentrumschlorophyll: ein Chlorophyllpaar (“special pair”)

• PSII enthält 1 weiteres Chlorophyllpaar, 1 Paar Phäophytine und 2 gebundene Quinone
• Quinone sind die finalen Elektronenakzeptoren des Reaktionszentrums des PS II-Typs
• Im PSII auch der Wasserspaltungsapparat: mit 4 Mn und 1 Ca2+ in einem Komplex, der dem Wasser Elektronen entziehen kann; PsbO (MSP) stabilisiert den Ca/Mn Komplex

Question 12

Ablauf Elektronentransport im PSII?

Answer 12

Lichtanregung Weiterleitung der Anregung Reaktionszen → → - trum P680 Ladungstrennung e- von prim. Akzeptor → → (Phaeophytin) aufgenommen Chlorophyll oxidiert P680⁺ → (versucht Elektronenlücke zu schließen)

◦ wasserspaltende Komplex (Mn4/Ox/Ca-Komplex) entzieht Wasser 2 e-

ersetzten die an Phaeophytin abgegebene 2e- im P680 →

◦ e- vom reduzierten Phaeophytin ans fest gebundene Plastochinon weitergegeben (QA) weitergereicht ans dissoziierbares Plastochinon (Q → B) [zweimal unmittelbar hintereinander] reduziert Q → B zu QB 2- dazu 2 Protonen aus Stroma aufgenommen QH → → 2 dissoziiert → → diffundiert im Membraninneren zum Cytochrom b6/f-Komplex transportiert e- mittels Plastocyanin P700

Question 13

Was ist der Kok-zyklus?

Answer 13

-O2-Erzeugung in 5 Schritten am OEC
photoangeregte P680+ wird durch Tyrosinrest Tyrz reduziert

• Tyr z + holt sich Elektron vom Mn4Ca-Cluster (Abstand 4,8 Å)
• 4-Photonen-Absorptions-Schritte ( ): →

◦ führt zu 4 Mn zu 4 Mn → 4+ oxidiert werden

◦ liegt hohe elektropositive Ladung vor

◦ spontan werden 4 Elektronen vom H2O aufgenommen (wobei O2 + 4 H+ entstehen)

Question 14

Wie funktioniert der Elektronentransfer zwischen PSII und Cytb6/f-Komplex?

Answer 14

• Plastoquinon - beweglichen Elektronencarrier

◦ PQ nimmt insgesamt 2 Elektronen vom Phäophytin auf

◦ nimmt auch 2 Protonen aus dem Stroma auf

◦ verschickt 2 e- zum Cytochrom-b6f-Komplex & entlässt 2 H+ ins Lumen

Question 15

Was ist die Funktion des Cyt b6/f Komplexes?

Answer 15

Elektronentransport über den Cytochrom-b6f-Komplex Aufbau des Protonengradienten →

◦ vom Plastoquinon-Pool Elektronen passieren den Cytochrom-b6f-Komplex →

◦ Komplex transportiert die Protonen und Elektronen von der Stromaseite zur luminalen Seite der Thylakoidmembran

◦ Protonentranslokation erfolgt durch Q Zyklus, in dem Plastoquinon als (H+ + e-) Träger fungiert e- → wird über Rieske-FeS an Plastocyanin weitergegeben

Question 16

Was passiert bem Q-Zyklus?

Answer 16

2x werden Plastochinone durch den Cytochrom b6f-Komplex oxidiert

• dadurch Elektronentransport und Protonentransfer
• 2 Bindungsstellen für Plastochinon
• durch Q-Zyklus werden 4 Protonen in 2 Turnover eines PQH2 gepump

Question 17

Was ist Plastocyanin?

Answer 17

1. Kleines Cu-haltiges Protein
2. H2O löslich und frei beweglich
3. Im Lumen
4. Transferiert Elektronen von Cyt b6f zum PSI.

Question 18

Was ist das Reaktionsschema des PSI?

Answer 18

◦ PS I absorbiert Photonen

◦ Ladungstrennung an P700

◦ P700* überträgt energierecihes Elektron auf A0 (und wird von Elektron aus Plastocyanin wieder reduziert)

◦ schnelle Elektronenweitergabe zu A1 von dort langsamer zu FA & FB →

◦ reduzieren Ferrodoxin Ferredoxin-NADP+ -Oxidoreduktase bildet Reduktionsäquivalent NADPH + H+ → offener Elektronentransport mit terminalen Akzeptor

◦ H2O + NADP+ O2 + NADPH + H+

Question 19

Was lässt sich zum zyklischen Elektronentransport sagen?

Answer 19

einige Elektronen können vom PS I durch Ferredoxin (Fd) über den Cytochrom-Komplex & Plastocyanin (PC) zu den Chlorophyllen des Reaktionszentrum zurück befördert werden

• erhöht Photophosphorylierungsrate, jedoch ohne NADPH zu erzeugen → keine Reduktionsäquivalente gebildet
• Ziel: erfolgt zusätzlicher Transport von Protonen in das Thylakoidlumen → Protonengradient zw. Thylakoidinnenraum (Lumen) und -außenraum weiter vergrößert → mehr ATP kann entstehen
• Zwei partiell redundante Wege für den Elektronenfluss: jeweils über Ferredoxin und

◦ den NADH-Dehydogenase (NDH)-abhängigen Weg oder

◦ die Proteine PGR5 und PGRL1 (Fd-Q-Reduktase) → dann PQ zu dem Cyt-b6f-Komplex

Question 20

Wie funktioniert die chemiosmotische ATP-Synthese?

Answer 20

Protonen im Lumen: durch die Wasseroxidation und den Membrantransfer der Plastochinone

• NADP+ wird mit Protonen auf Stromaseite reduziert
• Protonengradient treibt ATP-Synthase an protonenmotorische Kraft: 3 Protonen ≈ 1ATP
• Rotation des F0-Komplexes treibt ATP-Synthese an