Photosynthese: fertig? (Zmf) Flashcards
Fermis goldene regel
Elektronenübertragung ist proportional dem Quadrat der elektronischen Kopplung & linear proportional der kernkopplung
K_ET = 2×pi/h × |H_AB|^2 × FC
k: elektronische transferierte
h: plancksches wirkumsquantum
FC: Frank Cordon Faktor (kernkopplungselement)
|H_AB|: Elektron. Kopplungselement der wellenfkt
Erkläre die Prinzipien der PS und auf welchem Problem Sie beruhen.
Primärreaktion:
- wenig Zeit nach photonenabsorption zur energieerhaltung durch ladungstrennung
Wegen:
- S0 -> S1 in 10^-15s (Absorptionsdauer)
- energieverlust durch IC von S1* -> S1: 10^-12s
- lange Lebenszeit von S1 (3 wege: IC,ISC->T1,Fluoreszenz)
-> Energie kann nur 10^-15 - 10^-8 s nach lichtabsorption genutzt werden
Warum erfolgt eine ladungstrennung nach anregung von chlorophyll?
Chl* ist stärker reduzierend als Chl im S0
(-> angeregtes Chl ist stärker reduzierend als Chl im Grundzustand)
Chl* gibt e- an eine Molekül mit e–Mangel in einem VdWRadius ab -> Chl* wird oxidiert-> Molekül reduziert
–> “Satus der getrennten Ladungen”
S-A + hv -> S*-A -> S+ - A-
- > Energieumwandlung in chemische Freie Energie
- geringes Zeitfenster zwischen Photonenabsorption zur Energiespeicherung durch stabile Ladungstrennung
Wodurch wird die chlorophyll abhänguge PS limitiert?
Lichtabsorption
Ladungstrennung im RZ (reaktionszentrum)
NICHT durch ET von LHC zum RZ
Zerfallsdauer von ET
Tau_ET: 10^-10s
Warum muss k_ET 100× größer sein als k_I?
Da die ladungstrennung eine Effizienz von 99% hat.
S-A -> S*-A -> S+ - A-
K_I = 10^-8 -> k_ET = 10^-10
- Reaktionen wie Diffusion sind also ausgeschlossen
Arbeitsweise des RZ
Effiziente Lichtabsorption
Schnelle effiziente LT (ladungstrennung)
Schnelle ladungsdelokalisation
Warum ist chlorophyll das pigmente der Wahl?
Hat delokal. Elektronen im S0/S1 Zustand
Hoher extinktionskoeff. Von 1.000.000 -> gute absorption
Große Red.pot.diff. zw S0/S1: 1eV
Magnesiumkern
Wie wird die ladungstrennung stabilisiert?
Lichtabsorption am substrat: Konversion freier chem. Energie
Ladungstrennung durch einführenrines weiteren Akzeptors
-> abstandsvergrößerung:
Red.pot_A2 > Red.pot_A1 -> Verlust an freier energie
Weitere ladungstrennung durch einführen eines donors
- Donor liefert 1e- -> weiterer energieverlust weitere LT
Der Verlust freier gibbscher Energie sorgt für die lange Lebensdauer
Wie wird die Energie bei Der LT gespeichert?
- Als elektrochemischen H+-gradient (deltamüH+):
DeltamüH = 2,3 × R × T ×deltapH ×F × Deltaphi
Oder
- Als Spannung (proton Motive force) (= kraft und keine ebergie):
Deltap = -(2,3 × R × T / F) × deltapH + deltaphi
RZ der purpurbakterien
Was passiert hier?
e–Zyklus (2 e- werden Transferiert mit Energie aus 2 Photonen), H+-Zyklus (2H+ aus Medium werden transferiert)
ET von S+ (P865- special Pair) zu
BPhaeo (BPhaeophytin A) zu
Quinon in QA-Position (Menaquinon und Ubiquinon) zu
Ubiquinon in QB-Position
S+ (P865=Chl) - Phaeo - QA -QB -
–> 1.Photon: Cytc2+ reduziert das oxidierte S+ und verhindert Ladungsrekombination zwischen P865+ und QB-
Cytc2+- - S (P865=Chl) - Phaeo - QA -QB –
--> 2. Photon generiert eine instabilen Ladungsgetrennten Zustand: Cytc3+ - P865(Chl)- Phaeo - QA- -QB - \+ H+ (aus Medium) -> Cytc3+ - P865(Chl)- Phaeo - QA -QBH - \+ H+ (aus Medium) -> Cytc3+ - P865(Chl)- Phaeo - QA -QBH2
Cytc3+ diffundiert zum BC1-Komplex und wird dort erneut reduziert
Was findet im zyklischen ET nicht statt?
O2 produktion
Wasserspaltung
Was ist die PS für ein Prozess in pflanzen?
Vektorielle karalyse
Zykl ET
vektorieller PT
Was ist das ‘Specials pair?
Chlorophyll paar im RZ
Wie gelangen die Protonen zu Q?
Die Protonen werden mit Glu-/Asp- durch einen Wasserkanal zu Q- geschleust.
Welche Faktoren bestimmen die v des ET?
Die überlappung von 2 Pot. Flächen
Und danach: Pot.diff, deltaG
Markus theorie
Veranschaulichung ET durch oszillator Modell ( Reaktion von D-A (Edukt E) zu D+-A- (Produkt P) mit nur einer PotntialOberfläche für je E und P
Wenn deltaG_0’ = Lambda, dann deltaG* = 0 -> V_max
Fazit: wichtig für ET-Rate: - Überlappende Wellenfunktion eher nebensächich: - Potentialdifferenz DeltaG
Warum ist die Lebenszeit der LT so ausgedehnt?
D+ - S - A1 - A2-
-> durch den Verlust freier gibbscher Energie
Elektronentransfer Geschwindigkeit
Chl2 -> BPh: 10Å in 2ps
BPh -> Q_A: 10Å in 200ps
Q_A- -> Q_B: 10Å in 200 mükro-s
Primärprozesse der PS
Lichtreaktion
SekundärProzesse der PS
Dunkelreaktion
Wann kann die Energie eines Photons genutzt werden ?
zwischen Absorptionslimit (10^-15s) und Fluoreszenz (10^-8s)
was sind die zwei generellen Aufgaben/Arbeitsweisen/Funktionen des bakt RZ?
2 Cyclen:
e–Zyklus, H+-Zyklus
wie sind die Cofaktoren im RZ angeordnet?
ProteinUE L und M bilden ein HeterodimereZentrum von membrandurchspannenden aphaHelices
- Membrandomäne enthält nur ungeladene AS
- e–Überträger sind inmitten einer komplett hydrophoben Umgebung platziert
- 2 BChlA dienen als Lichtsensor S und als primärer e-Donor
- 2 BChl befinden sichzwischen S und 2 BPhaes
- Menaquinon und Platoquinon = QA und QB
Was sind die Funktionen/Aufgaben von Cytochrom c im bRZ?
- reduziert special pair (Chl)
- regeneriert neutrales special pair
Berechnung: Protonenpotential = Protonenmotorische Kraft
deltaP = deltamüH/F = -(2,3RT/F) * deltapH * deltaPsi in [J = Nm = Kgm²/s²]
= Spannung
Der weg von QBH2
- geringe Affinität zur QB-Seite
- -> Freigabe von QBH2
- > Diffusion zum BC1-Komplex -> reoxidation -> Auffüllen der QB-Lücke mit oxidiertem QB (Ubiqinon)
