VL 5 Inhalt Flashcards
Was ist Photosynthese?
Photosynthese ist ein chemischer, auf chlorophyll-basierender Prozess, der Pflanzen durch Absorption, d.h. dem Einfangen von Lichtenergie, verhilft, über eine Elektronentransportkette chemische Energie zu speichern und letztendlich Kohlenhydrate zu bilden.
Gleichung von PS
12 H2O + 6Co2 —> C6H12O6 + 6 02+ 6 H2O
2 Phasen der PS
Lichtabh. und Lichtunabh. Reaktion
Licht- abhängige Reaktionen: Licht + Wasser
Licht- unabhängige Reaktionen: CO2 wird zu Glucose umgewandelt
(unvollständig)
Wie kann Licht in verwertbare Energie in Pflanzen umgesetzt werden?
Photosynthetisch wirksames Licht wird durch Chlorophyll absorbiert
-> rotes und blaues Licht wird absorbiert, grünes reflektiert
Vier Funktionsbereiche der Photosynthese höherer Pflanzen
- Absorption
- Photochemie
- Elektronentransport:
(elektronentransportkette. es wird ein
gradient aufgebaut, der auch ATP
zsmbaut und Redoxpartner erstellt) - Biochemie ( Co2 Fixierung, oxidierter C wird reduziert und in org Substanzen eingebaut)
Photosynthesepigmente: Chlorophylle
- ist ein zyklisches Tetrapyrol: 4 Pyrolringe aus 4C und 4 N Atomen
-hydrophob durch lange Kohlenwasserstoffkette (Phytolkette)
-> kann dadurch besser in membranständigen Proteinen eingebaut werden
- wichtig für Absorption: Folge der konjugierten Doppelbindungen erlauben lange Absorption, die Weiterverwendung erst ermöglicht
-Abwechselnde C - C = C Bindungen im
Porphyrinring bilden ein System mit
konjugierten Doppelbindungen, die
spezifische Wellenlängen absorbieren.
* Eine lange Kohlenstoffkette, das Phytol,
verankert Chlorophyll in den
membranständigen Proteinen
Photosynthesepigmente: Chlorophylle
- ist ein zyklisches Tetrapyrol: 4 Pyrolringe aus 4C und 4 N Atomen mit Magnesium als Zentralion
-hydrophob durch lange Kohlenwasserstoffkette (Phytolkette)
-> kann dadurch besser in membranständigen Proteinen eingebaut werden
- wichtig für Absorption: Folge der konjugierten Doppelbindungen erlauben lange Absorption, die Weiterverwendung erst ermöglicht
-Abwechselnde C - C = C Bindungen im
Porphyrinring bilden ein System mit
konjugierten Doppelbindungen, die
spezifische Wellenlängen absorbieren.
* Eine lange Kohlenstoffkette, das Phytol,
verankert Chlorophyll in den
membranständigen Proteinen
Unterschied zw Chl a und Chl b
Chl a besitzt am Ring II eine –CH3 Gruppe
und Chl b eine -CHO Gruppe
=> untersch Absorptionsspektrum
Verhältnis 3:1 (a:b)
Photosynthesepigmente
Carotinoide
. haben eine Serie von konjugierten Doppelbindungen ,sodass sie sichtbares Licht absorbieren können
-sind akzessorisches Pigment bei der Photosynthese
Photosynthesepigmente Phycobilin
In Cyanobakterien und Rotalgen
Phycoerythrobilin (rot) absorbiert blaues und grünes Licht, während Phycocyanobilin (blau) im gelben Licht absorbiert
-> ökologische Nische
Absorptionsspektrum eines intakten Blattes und eines Rohextraktes
Blatt hat breiteres Absorptionsspektrum durch Wechselwirkungen,
beim Rohextrakt sind die Maxima deutlicher
Welchen Beitrag liefert die Strahlungsabsorption der verschiedenen, im Photosyntheseapparat vorkommenden Pigmente an der Photosynthese?
Aktionsspektrum: Messung der O2-Produktion bei Einstrahlung von Licht verschiedener Wellenlängen, aber gleicher Quantenstromdichte
-Aktionsspektrum stimmt mit Absorptionsspektrum von Blatt überein
Angeregtes Molekül im S1 -Optionen
- Wärmeumwandlung: Abbau der elektronischen Energie in kinetische Energie.
- Fluoreszenz – Emission eines Photons längerer Wellenlänge
- Energietransfer: Angeregtes Molekül überträgt die Anregungsenergie strahlungslos zum benachbarten Pigment zB chlorophyll (nur unter leichtem Energieverlust).
- Photooxidation – Ein angeregtes Donorpigment (Chlorophyll im Reaktionszentrum) wird oxidiert, in dem es ein Elektron auf ein Akzeptorpigment überträgt, welches dabei reduziert wird.
=> e- Transportkette
Funktion des Chlorophylls
1.Lichtabsorption: Mit der Energie des absorbierten Photons werden Elektronen der Pigmente vom Grundzustand S0 auf einen energetisch höheren Zustand, S1 oder S2, gehoben
2.Energietransfer
3.Ladungstrennung Photochemie
Chloroplasten
Organellen, in denen die Lichtenergie aufgefangen wird
- Doppelmembran
- Stroma zwischen innerer Hüllmembran und Thylakoiden
- Granathylakoidmembran
- Stromathylakoidmembran
- Lumen: umschlossen von Thylakoidmembran
Das Antennenprotein
Light-Harvesting-Chlorophyll
-Binding Protein (LHCP) - Aufbau
Pro LHC II-Monomer:
8 Chl a,
6 Chl b
Insgesamt 4 Xanthophylle: Davon 2 Lutein, 1 Neoxanthin, 1 Violaxanthin
Modell eines photosynthetischen Pigmentkollektivs in
einem Antennenkomplex
Reaktion der Photosynthese:
1. Excitonischer Energietransfer und Ladungstrennung
- Anregungsenergie auf Chlorophyll mit dem Absorptionsmaximum der längsten energieärmsten) Wellenlänge im Reaktionszentrum des Photosystems übertragen
- Die primäre photochemische Reaktion, die Ladungstrennung, wird durch ein einziges Chlorophyll (special pair) im Reaktionszentrum des Photosystems durchgeführt
REIHENFOLGE DER PROTEINKOMPLEXE
1: PHOTOSYSTEM II
2: CYTOCHROM B6/F COMPLEX
3: PHOTOSYSTEM I
4: ATP SYNTHASE
(UNVOLLSTÄNDIG)
grob: Was ist die Funktion und der Aufbau der Antennenkomplexe?
Zwei Antennenkomplexe (je ein Komplex für PSI und PSII), Chlorophyll, Carotinoide, Proteine;
Funktion: Sammeln der Strahlungsenergie und Transfer der excitonischen Anregungsenergie zum Reaktionszentrum
PS II : Aufbau und Funktion (grob)
PS II: Proteinkomplex mit HClorophyllen und Plastoquinon, pheophytin, P680
Funktion: Starkes Oxidationsmittel zur Oxidation des Wassers (entzieht e aus dem Wasser), schwaches Redukationsmittel, Elektronentransport zum PSI, Erzeugung von H+ im Lumen
Sauerstoff-bildender Komplex/Wasserspaltungsapparat
Teil des PS II, besteht aus Mg-Ca-Cluster
PS I : Aufbau und Funktion (grob)
PS I:
Proteinkomplex mit Chlorophyllen, enthält auch Phylloquinon, P700 und Ferredoxin
Funktion: starkes Reduktionsmittel für die Nildung von NADPH+
Cytochrom B6/F Komplex- Aufbau und Funktion (grob)
Proteinkomplex mit Metallionen, Fe-S- Kluster
Funktion: Transfer von H+ durch die Thylakoidmembran, vermittelter Elektronentransport zw PS II und PS I
Mobile Elektronencarrier 1.Plastoquinon 2.Plastocyanin
ATPase Funktion
Enzymkomplex, der ATP erzeugt durch die chemi-osmotische Energie des Protonengradienten
Arrangement der Proteinkomplexe in der Thylakoidmembran
Granathylakoide:enthalten mehr PSII, LHCII and auch den Cytochrom b6/f-complex
Stromathylakoide: enthalten vorwiegend PSI und ATP Synthase, und auch den Cytochrom b6/f-complex, sterische Gründe
Wie ist die Lichtabsorption und die Photochemische Redoxreaktion in der Photosynthese organisiert?
und woraus bestehen Lichtsammelkomplexe?
=> durch Lichtsammelkomplexe (LHCs) oder auch Antennenkomplexe
*Chlorophylle sind mit Pigment-bindenden Proteinen des Photosystems verbunden, räumliche Nähe
*Carotenoide in den Antennenkomplexen
Die Chlorophylle in den LHCPs für Lichtabsorption und Energietransfer zum Reaktionszentrum (ca 150 Antennen-pigmente/ Reaktionszentrum).
Carotenoide sind 1. als akzessorische Pigmente und 2. als Schutzpigmente in den Antennenkomplexen eingesetzt.
Was ist Photosynthese?
Photosynthese ist ein chemischer, auf chlorophyll-basierender Prozess, der Pflanzen durch Absorption, d.h. dem Einfangen von Lichtenergie, verhilft, über eine Elektronentransportkette chemische Energie zu speichern und letztendlich Kohlenhydrate zu bilden.
Aus Co2 und Wasser wird Glucose und Sauerstoff
Photosynthesepigmente Phycobilin
In Cyanobakterien und Rotalgen
Phycoerythrobilin (rot) absorbiert blaues und grünes Licht, während Phycocyanobilin (blau) im gelben Licht absorbiert
-> ökologische Nische
Modell eines photosynthetischen Pigmentkollektivs in
einem Antennenkomplex
