Photosystem II: fertig? (zsm) Flashcards
Oxygene Photosynthese (PS)
betrieben von Cyanobakterien, ALgen, Pflanzen
besitzt das einzige BC System: Wasseroxidation
PS-Prot-Komplexe in Membran eingebettet
2 Photosysteme (PS) - PSII + PSI
anoxygene phototrophe PS
betrieben von: [Reaktionszentrum (RZ)]
Purpurbakt., Grünen Bakt.(RZ Typ2)
Heliobakt., grünen Schwefelbakt. (RZ Typ1)
Heliobakt., grünen Schwefelbakt. (RZ Typ1)zyklischer Elektronentransfer (ET)
benötigt keine Reduktionsmittel
welche bakterien nutzen Typ2 RZ?
Purpurbakt., Grünen Bakt.
welche bakterien nutzen typ1 RZ?
Heliobakt., grünen Schwefelbakt
was macht man mit RNA.Sequenzen?
die verwandschaftsverhälnisse lebender organsimen bestimmen
wofür fungieren prot meistens?
als Enzyme in wässriger lsg
wazu dient die solubilisierung mit detergenzien?
Extraktion von Membranprot und Kristallisation
welche problem gibt es bei der kristallisation?
detergenz verhindert Prot-Prot-Kontakt
Kristallisation von Membranprot
Membran-Prot werden durch Detergenzien, die sich willkürlich andocken, aus der Membran gelöst (Solubilisierung)
-> Prot-detergenz-Komplex
3 Ausgänge:
Entstehung
1. eines 2D Kristalls (wichtig für elektronenMikroskopie)
2.mit zugefügten Lipide -> TypeI 3D Kristall (für kleine Prot)
3. TypII 3D Kristall -> Detergenz muss passen, schwierige Kristallisation
Rebecca: Bei 2D werden Lipide hinzugefügt, bei Typ I 3D die lipidic cubic Phase
Struktur des bakt RZ
3 UE (+ Cytc UE mit 4 Häm-Gruppen)
kofaktoren des bakt RZ
4 BChl 2 Bakteriophäophytine BPheo (kein Mg2+) 1 Karotinoid 1 Fe2+ 1 Menachinon (Vit K2, primäres Chinonn Qa) 1 Ubichinon (sek. Chinon Q2)
primäre e–Aktzeptoren
BChl, Menanoquione, Ubiquinone
(Vl PSII/F12
was ist das sek quinon?
ubiquinon
Photoreaktion (PR) in bakt RZ
S+ - Bpheo - Qa - Qb-
S+ (BChl special pair P865)
Qa: Menachinon
Qb: Ubiquinon
e- Lücke bei S+ wird mit e- aus Cytc aufgefüllt
dauer 10^-12 s
98-100% Effizienz
2 Photonen für die reduktion des Chinons in Qb bindestelle
Dauer der PR im bakt RZ
10^-12s
was ist schneller? vorwärts-ET oder reverser ET?
Vorwärts ET = 8x schneller als reverser ET
ETK und Q-Zyklus in PS-Bakterien
- Lichtabsorption P870: LT bis QH2 (redox aktiver Ast)
- QH2: gebunden an UE Cyt b (2Häm mol). QH2 wird ox. -> Qb-Bindetasche (BT)
- zweites QH2 -> Rieske-Fe-S-Prot: e-Abgabe über 2 Fe-2S-Cluster zu Cyt c1. ET zum mobilen Cyt c2 -> fehlendes e- zu P870+
2 QH2 + 2Cyt c1(ox) + 2h+ -> Q + 2cyt c1 (red) + 4H+
VLPSII/F15
PS-Apparat in Purpurbakt.
P870 wird durch lichtabsorption angeregt: P870*
-> P870+ (Standardredoxpot: +0,6 V auf -0.8V): 1e- -> BPheo -> Qa -> Q-Pool (Qb) -> Cyt bc1 -> Cyt c2 -> das e- gelangt zurück zum RZ
was bewirkt der e- Fluss durch den Cyt bc1 komplex im PSApparat der Purpurbakt?
bewirkt Protonenpumpen: Enstehen eines elektrochem. Pot. -> antrieb der ATP-Syntese
wo findet die PS statt?
Chloroplasten mit Thylakoidmembranen
Thylakoiden (Cyanobakt)
Was sind Grana?
Thylakoidstapel mit Stromqalamellen als Bindemembran
warum sind PSII und PSI räuml. getrennt?
PSI (P700) benötigt weniger Anregungsenergie als PSII (P870)
-> damit nicht sämtl E, die PSII mit Phycobilisomen einfängt, auf PSI übergeht
Rebecca: PS II wird mit 680 angeregt, Phycobilisomen nur bei Cyanobakterien
wo befindet sich das PSII
in MEmbranstapeln
wo befindet sich das PSI
in Stromalamellen
Phycobilisomen
Satellitenantennen an PSII von Cyanobakterien
Thylakoidmembran Aufbau
Stroma
+FNR
PSII - cyt b6f - PSI- ATP-Synthase
Lumen
von Cyanobakterien
Akzeptorseite des PSII
e-Aufnahme von PQ
Donorseite des PSII
e- von Mn4Ca-Cluster abgegeben
PSII Funktion
- Lichtanregung der Chl im RZ
- e- über 1Pheo von Qa zu Qb
- Füllen der e-Lücke am Chl mittels Tyrosin Yz vom Mn4Ca-Cluster abgezogen
- Lichtanregung: weiteres e- auf Qb, ein weiteres von Mn4Ca abgezogen
- 2facher ET auf Qb: Aufnahme von 2 H+
- PQH2 verlässt BT: ET auf Cyt b6f-Komplex
- leere Qb-BT: Neubesetzung mit PQ
- zwei weiter Zyklen -> oxidative Wasserspaltung: Freisetzung von O2 und 4H+ auf Donorseite
wie viele lichtblitze gibt es pro reaktionszyklus und was geht damit einher?
4
Freisetzung von 1 Molekül O2
wann erfolgt die erste O2 Freisetzung bei der PR und was bedeutet das
nach dem 3 Blitz.
-> Chloroplasten starten in einfach oxidiertem Zusatnd S1
KOK-Zyklus
wasserspaltungsreaktion am Mn4Ca-Cluster
- angeregtes P680+ wird von Tyr_z reduziert
- Tyr_z+ holt e- vonn Mn4Ca-Cluster
- 4 Photonen werden absorbiert (4Mn -> oxidation zu Mn^(4+), hoche elektro+ Ladung)
- spontane Abgabe von 4e- von H2O
wichtig: pro Lichtbitz -> Mn wird einmal mehr oxidiert (von S1-S4)
unklar ob es diesen Zustand überhaupt gibt: S4 -> S0, unklar warum spontane Wasserspaltung hier statt findet
E_m O2/H2O
810 mV
elektronenpositivste Reaktion der Natur
WOC Bestandteile
Wasseroxidierender komplex
4 Mn 1 Ca(2+) 1 Cl- Tyr_z AS
Röngenstrukturanalyse
Röngenquelle - Primärstrahl - Kristall - Streuung - Detektor
Cu-alpha-Strahlen
variable Wellenlänge
Kofaktoren PSII
35 Chl a 2 Pheophytine 3 Plastochinone (Qa,Qb,Qc) 2 Häm-Gruppen (Cytb559; Cytc550) 12 Karotinodie mind 25 Lipide 2 Tyrosine (TyrZ;TyrD) 1 Nicht-Häm Eisen Mn4Ca-Cluster Bicarbonat 7 Detergenzmol (beta-DM): n-dodecyl-beta-maltoside
Lichtsammelkomplexe in Cyanobakt. + Abs-Max
Phycobiline
gebunden
Abs.Max: 450-670 nm (Allophycocyanine)
Lichtsammelkomplexe höherer Pflanzen + Abs-max
LHCI/LHCII
Abs.max: 670-680 nm (Chla/b und Karotinoide)
Was beteudet Trichterprinzip in bezug auf RZ
RZ -> Energiefalle
woraus besteht das PS?
Antennen + RZ
klare Trenung dazischen
Roll der Cytochrome
unklar
Funktion der Karotinoide
schneller ET/ExtinktionsTransfer durch kopplung miteinander
wann ist sekundärer ET möglich
wenn der Mn4Ca Cluster abgebaut ist
Pseudo-C2-Symmetrieachse
2 Äste:
Nicht-Häm_eisen zw Qa und Qb
Stabilisierung duch0 ET
Für H20 Spaltung nötig!!
nur 1 aktiver ast -> warum? unklar
was findet am Mn4Ca-Cluster statt?
Wasserspaltung
Grotthus Mechanismus, abhängig von was?
Domino-Effekt-Transfer:
- Protonen und Hydroxid-Ionen “wandern” vermeintlich schneller in wässriger Lösung im elektrischen Feld als andere Ionen. Somit besitzen sie eine größere Leitfähigkeit als andere Ionen.
- Kettenmechanismus: statt Protonen durch die Lösung zu transportieren, werden Bindungen und Wasserstoffbrückenbindungen gelöst und neu geknüpft. Dies ermöglicht, die Bindungen „umzuklappen“ und die Ladung sehr schnell weiterzugeben.
Proton auf Wasser und “auf der anderen seite” wieder ab
abhängig von pKs werten (Protonenaufnhmefähigkeit)
Was ist ein Chinon
Aromatische verbindung
Welche Aufgabe übernimmt Cyt c bei der PS
reduziert das “special Pair” und stellt das neutrale sP wieder her
Redoxpot: P680/P680+
1,1 eV
hat kein Interesse e- abzugeben
Was ist bei der Messung mit einem Synchrotron wichtig?
N2-Kühlung!
Hohe Intensitäten
schmalle Wellenlängenveränderung
variable Wellenlänge
geringe Strahlendiffergenz
Energietransfer im PSII
In einer Domäne sind Chl zusammengefasst -> ermöglichen Starke kopplung
Schichten sind durch Chl verbunden
auch zum RZ
Warum erforscht man das PSII?
- künstliche PS
- Produktion van H2 durch H2OSpaltung
Cyanobakterien: was passiert im PSII
Lichteinfall
Wasserspaltung
Cyanobakt: Was passiert im cyt b6 f
H+ Transport
Cyanobakt: was passiert im PSI
Plastocyanin schleist e- ein
Weiterleitung der e- über ferrodoxin anFNR -> Belatung von NADP+
Was sind die lichtsammelkomplexe der Cyanobakt?
Phycobiline
Funktionen der Lipidmoleküle im PSII?
Strukturelle Flexibilität Austausch der D1 UE (D1 turnover) Monomer-Monomer-WW Auf/Abbau des Multi-UE PSII-Komlexes Einfluss auf die PQ/PQH2 Diffusin in/aus der Q_B/C Bindetasche
