Photosynthese: fertig? (Zmf)

Question 1

Fermis goldene regel

Answer 1

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

Question 2

Erkläre die Prinzipien der PS und auf welchem Problem Sie beruhen.

Answer 2

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

Question 3

Warum erfolgt eine ladungstrennung nach anregung von chlorophyll?

Answer 3

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

Question 4

Wodurch wird die chlorophyll abhänguge PS limitiert?

Answer 4

Lichtabsorption
Ladungstrennung im RZ (reaktionszentrum)

NICHT durch ET von LHC zum RZ

Question 5

Zerfallsdauer von ET

Answer 5

Tau_ET: 10^-10s

Question 6

Warum muss k_ET 100× größer sein als k_I?

Answer 6

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

Question 7

Arbeitsweise des RZ

Answer 7

Effiziente Lichtabsorption

Schnelle effiziente LT (ladungstrennung)

Schnelle ladungsdelokalisation

Question 8

Warum ist chlorophyll das pigmente der Wahl?

Answer 8

Hat delokal. Elektronen im S0/S1 Zustand

Hoher extinktionskoeff. Von 1.000.000 -> gute absorption

Große Red.pot.diff. zw S0/S1: 1eV

Magnesiumkern

Question 9

Wie wird die ladungstrennung stabilisiert?

Answer 9

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

Question 10

Wie wird die Energie bei Der LT gespeichert?

Answer 10

• 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

Question 11

RZ der purpurbakterien

Was passiert hier?

Answer 11

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

Question 12

Was findet im zyklischen ET nicht statt?

Answer 12

O2 produktion

Wasserspaltung

Question 13

Was ist die PS für ein Prozess in pflanzen?

Answer 13

Vektorielle karalyse

Zykl ET
vektorieller PT

Question 14

Was ist das ‘Specials pair?

Answer 14

Chlorophyll paar im RZ

Question 15

Wie gelangen die Protonen zu Q?

Answer 15

Die Protonen werden mit Glu-/Asp- durch einen Wasserkanal zu Q- geschleust.

Question 16

Welche Faktoren bestimmen die v des ET?

Answer 16

Die überlappung von 2 Pot. Flächen

Und danach: Pot.diff, deltaG

Question 17

Markus theorie

Answer 17

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

Question 18

Warum ist die Lebenszeit der LT so ausgedehnt?

Answer 18

D+ - S - A1 - A2-

-> durch den Verlust freier gibbscher Energie

Question 19

Elektronentransfer Geschwindigkeit

Answer 19

Chl2 -> BPh: 10Å in 2ps

BPh -> Q_A: 10Å in 200ps

Q_A- -> Q_B: 10Å in 200 mükro-s

Question 20

Primärprozesse der PS

Answer 20

Lichtreaktion

Question 21

SekundärProzesse der PS

Answer 21

Dunkelreaktion

Question 22

Wann kann die Energie eines Photons genutzt werden ?

Answer 22

zwischen Absorptionslimit (10^-15s) und Fluoreszenz (10^-8s)

Question 23

was sind die zwei generellen Aufgaben/Arbeitsweisen/Funktionen des bakt RZ?

Answer 23

2 Cyclen:

e–Zyklus, H+-Zyklus

Question 24

wie sind die Cofaktoren im RZ angeordnet?

Answer 24

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

Question 25

Was sind die Funktionen/Aufgaben von Cytochrom c im bRZ?

Answer 25

• reduziert special pair (Chl)

- regeneriert neutrales special pair

Question 26

Berechnung: Protonenpotential = Protonenmotorische Kraft

Answer 26

deltaP = deltamüH/F = -(2,3RT/F) * deltapH * deltaPsi in [J = Nm = Kgm²/s²]

= Spannung

Question 27

Der weg von QBH2

Answer 27

• geringe Affinität zur QB-Seite
• -> Freigabe von QBH2
• > Diffusion zum BC1-Komplex -> reoxidation -> Auffüllen der QB-Lücke mit oxidiertem QB (Ubiqinon)