VL 5: Photosynthese I Flashcards
1
Q
Photosynthese
A
- chemischer auf Chlorophyll-basierende Prozess
- Absorption und Einfangen von Lichtenergie
- E-Transportkette chemische Energie speichern
- Bildung der Kohlenhydrate
- Reaktionspartner CO2 und Wasser
- Produkte Glucose und Sauerstoff
6CO2 + 12 H2O –> C6H12O6 + 6O2 + 6 H2O
2
Q
Zwei Phasen der Photosysnthese
A
- lichtabhängige Reaktion
- lichtunabhängige Reaktion (Dunkelreaktion)
- Dunkelreaktion nicht passend
*
3
Q
Das Spektrum der Sonnenstrahlung
A
Chlorophyll entscheidendes Pigment
4
Q
Sichtbares Licht
A
- kleiner Teil EM Wellen
- unterscheiden sich in f, Frequenz Wellenlänge und E-Gehalt
- nicht alles photosynthetisch relevant
- 0,01 % von Strahlungsenergie der SOnne von Pflanzen verbraucht
*
5
Q
Wie kann Licht in verwertbare Energie in Pflanzen umgesetzt werden?
A
- Absorption Chlorophyll
6
Q
Chlorophyll
A
- photosynthetisch wirksames Licht wird durch
- Blattoberfläche
- Strahlung durch Blätter
- einzelne Photonen werden absorbiert
- Absorbiertes Lichtrot und blau
- Reflektiertes Licht Grün
7
Q
Vier Funktionsbereiche der Fotosynthese höherer Pflanzen
A
- Absorption
- Photonen
- anregungszustand des Pigments
- kurzzeitig
- Photochemie
- kurzeitiges Anregungszustand
- anregungsenergien werden auf photosynthhetisches Reaktionszentrum übertragen
- piko-nano sekunden
- durch Sonnennergie photooxidation
- Elektronentranspoort
- Elektronen werden aus Pigment ausgeschlagen
- e-Transportkette
- Aufbau Protonengradient
- ATP-Gewinnung
- Übertragung e- auf ox. NADP+
- Erzeugung red. NADPH
- Biochemie
- Erzeugte Moleküle für:
- Erzeugung organ. Moleküle
- wichtig für C-Assimilation
- N-Fixierung
8
Q
A
- oben Winter
- unten Sommer
- Chlorophyllgehalte
- Ozeane
9
Q
4 Funktionsbereiche: 1. Lichtabsorption
Wie? Womit?
A
Photosynthesepigmente: Chlorophyll
10
Q
Chlorophyll
A
- prinzipieller Photorezeptor der PS
- gehört zu Tetrapyrrole
11
Q
Tetrapyrrolringe
A
- 4 pyrrolring
- pyrrol: 4 C-Atome
- bindet Magnesium
- sorgt für Absorptionseigenschaft
- langen C-H Schwanz hydrophob: Phytol
- gut in Proteine einbettbar
- in Lipiddoppelschicht der Thylakoidmembran
12
Q
Absorptionseingenschaft Chlorophyll
A
- Tetrapyrrol
- Vorhandensein ein konjogiert. Doppelbindung innerhalb Ring
- spezifische Wellenlängen absorbieren
- kurzwellige Energiereiche WL des blauen Spektrums
- langwellige energiearme WL des roten Spektrums
*
13
Q
2 wesentliche chlorophylle
A
a und b
- unterscheiden sich in 1 Seitengruppe
- a: Methyl
- b: Aldehyd
- große Veränderung in Absorptionsleistung
- Absorptionsmaxima anders
- Wie wird Energie von b auf a übertragen
14
Q
Carotinoide
A
- hydrophob
- große anzahl konj. DB
- Licht des sichtbaaren Lichte Absorbieren
- Absorptionseigenschaften
- im kurzwelligen Bereich
- Vertrter spez. Funktionen
15
Q
Photosynthesepigmente - Phycobiline
A
- Cyanobakterien
- Rotalgen
- Tetrapyrrole
- nicht zyklisch wie Chlorophyll
- lineare Tetrapyrrole
- kovalent an Pigmentbindende Aporotein gebunden
- Phycobiliproteine (zuständig für Lichtabsorption in Cyanobakterien und Rotalgen)
- Cystein Seitengruppe
- Vertreter (im Bild)
- unterschiedliche
- bläulich oder rötlich
*
16
Q
Absorptionsspektren der verschiedenen Photosynthesepigmente
A
- Chl haben zwei Absorptionsbanden
- im roten und blauen Bereich
- Carotinoide absorbieren auch im blauen Bereich
- Phycoerythrobilin (rot) absorbiert blaues und grünes Licht
- Phycocyanobilin (blau) im gelben Licht
17
Q
Spektroskopische Eigenschaften der Photosynthesepigmente
A
- Absorptionsspektren
- a) intaktes Blatt
- b) Rohextrakt (Pigmentextrakt)
- von Proteinen befreit
- alle Pigmente enthalten
Unterschiede
- Rohextrakt
- klassische Maxima
- islierte Pigmente
- Blattextrakt
- breiteres Spektrum
- fehlende Übereinstimmung Pigmente an Proteinen gebunden Absverhalten leicht veränderbar
18
Q
Spektren isolierter Pigmente
A
- chl a und b
- Carotiinoide
- Mengen an Chla und Chlb
- Schultererkennung con Carotinoide bei Gesamtextrakt
- 1/7 des Gehaltes Catotinoide
19
Q
Vergleich von Absorptionsspektrum der Pigmente mit einem Aktions-Wirkungsspektrum
A
- Beitrag Strahlungsabsorption der verschiedenen im Photosyntheseapparat vorkommende Pigmente an PS
- Anteil jeder Wellenlänge an PS-Leistung
- Messung O2-Produktion bei Einstrahlung von Licht verschiedener WL aber gleicher Quantenstromdichte –> Aktionsspektrum (=Wirkungsspektrum) der PS
- Funktion der Pigmente kann durch den Vergleich des Aktionsspektrums der PS und dem Pigmentabsorptionsspektrum ermittelt werden
- Gewii´nnug
20
Q
Funktion des Chlorophylls
A
- im Grundzustand ohne Licht
- Energiediagrmm des Chlorophyll:
- Kan durch Lichtquanten des roten und blauen Spektralbereiiches vom GZ in elektronischen Anregungszustand überführt werden
- S0 –> S1/S2
- in Abhängigkeit der Energie der Photonoen
- Photonabsorption blauen WL
- kurzzeitiger S2 Zustand
- so kurzfristig, dass nicht für PS-Leitung nützlich
- Strahlungslosers Erreichen S1
- PS nützlich
- Photoabsorption rote WL
- kurzzeitig in S1 überführt
- bleibt lang genug erhaalten
- weitere Nutzung möglich
- E kann nicht verschwinden
- muss weitergenutzt werden
*
- muss weitergenutzt werden
21
Q
Wie kann E der angeregten Zustände weitergenutzt werden nachdem Pigmente in Grundzustände zurückkehren?
Alternativen des angeregen Moleküls
A
- Wärmeumwandlung
- abbau elektroneischen Energie in kinetische Energie
- nicht für PS
- Fuoreszenz
- Emission eines Photons längerer Wellenlänge
- energieärmer
- nicht PS nutzbar
- Energietransfer
- angeregtes Molekül übertragt Anregungsenergie strahlungslos zum benachbarten Pigment
- nur unter leichtem E-Verlust
- PS wertvoll
- Photooxidation
- ein angeregte Donorpigment (Chl im Reaktionszentrum) wird oxidiert,in dem es ein e- auuf ein Akzeptorpigment überträgt, welches dabei reduziert wird
- PS sehr wertvoll
- eTransportkette
22
Q
Funktionen des Chlorphylls
A
- Lichtabsorption
- Energietransfer
- Ladungstrennung Photochemie
23
Q
A
24
Q
Chloroplasten
Organellen, in denen die LE aufgefangen wird
A
- Doppelmembran
- Stroma zwischen innerer Hüllmembran und Thylakoiden
- Granathylakoidmembran
- Stromathylakoidmembran
- Lumen: umschlossen von Thylakoidmembran
- Raum für O2 Produktion
- Aufbau Protonengradient
25
Q
Wie ist die Lichtabsorption und die photochemische Redoxreaktion in der Photosynthese organisiert?
A
- Die Photosynthesepigmente in den Lichtsammekomplexen = light-harvesting complexes LHCs), oder auch Antennenkomplexe
26
Q
LHC Röntgen Struktur
A
- eingebettet in Lipiddoppelschicht
- 8 Chl a
- 6 Chl b
- 4 Xanthophylle
- 2 Lutein
- 1 Neoxanthin
- 1 Vioxnthin
- Transmembran Helices
- gebundene Pigmente
- Chlorophylle mit Pigment-bindenden Proteinen des Photosystems verbunden
- Carotenoide in den Antennenkomplexen
27
Q
Funktionen LHCs
A
- Chlorophylle in den LHCPs für Lichtabsorption und Energietransfer zum Reaktionszentrum
- ca. 150 Antennenpigmente/Reaktionszentrum
- Carotenoide sind 1. als akzessorische Pigmente als 2. Schutzpigmente in den Antennenkomplexen eingesetzt
28
Q
Modell eines photosnthetischen Pigmentkollektivs in einem Antennenkomplex
A
- Energietrichter
- von pigmenten mit kurzwelligen Absorptiionsmaxima bis zum Pigment im Reaktionszentrum mit dem langwelligsten Absorptionsmaxiumum
- Energiefalle
- Anregungsenergie in Form einer Flle
- in Reaktionszentrums-Chlorophyll gefangen
- peripheren Antennen absorbieren Licht mehr in kurzwelligen (energiereichen) Bereich
- transfer zu Pigmenten mit niedrigeren Energie-Absorptionsmaxima
- bis zum Chlorophyll mit dem langwelligstem Absorptionsmaxiumum im Reaktionszentrum
29
Q
Exzitonischer Energietransfer und Ladungstrennung
A
- 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
30
Q
Die Proteinkomplexe der Photoysteme für Elektronentransportkette, Protonentransfers sowie ATP-Synthese
A
Mobile Elektronencarrier
- Plastoquinon
- Plastocyanin
- Thylakoidmembran
- Proteinkomplexe
- zahlreche Komponenten
31
Q
Proteinkomplexe - Antennenkomplexe
A
- zwei Antennenkomplexe (je ein Komplex für PSI und PSII)
- Chlorophyll, Carotinoide, Proteine
Funktion
- Sammeln der Strahlungsenergie
- Transfer der excitonischen Anregungsenergie zum Reaktionszentrum
32
Q
Proteinkomplee - PSII
A
- PK mit Chlorophyllen und Plastoquinon, Pheophytin, P680
Funktion
- starkes Oxidationsmittel zur Oxidation des Wassers
- schwaches Reduktionsmittel
- Elektronentransport zum PSI
- Erzeugung von Protonen um Lumen
33
Q
Proteinkomplexe - Sauerstoffbildender Komplex/ Wasserspaltungsapparat
A
Teil des PSII
besteht aus Mn-Ca-Cluster
34
Q
Proteinkomplexe - PS I
A
- Proteinkomplex mit Chlorophyllen: enthält auch Phylloquinon, P700 und Ferredoxin
Funktion
- starkes Reduktionsmittel für die Bildung von NADPH +
*
35
Q
Proteinkomplexe - Cytochrom B6/F Komplex
A
- Proteinkomplex
- Metallionen
- Fe-S-Cluster
Funktion
- Transfer von Protonen durch die Thylakoidmembran
- Vermittelnder Eektronentransport zwischen PS II und PS I
- Mobile Elektronencarrier
- Plastoquinon
- Plastocyanin
36
Q
Proteinkomplexe - ATPase
A
- ATP erzeugendes Enzymkomplex
- erzeugung durch chemi-osmotische Energie des Protonengradients
37
Q
Arrangement der Proteinkomplexe in der Thylakoidmembran
A
- Granathylakoide: enthalten mehr
- PSII.
- LHCII
- Cytochrom B6/F-Komplex
- Stromathylakoide
- PS I
- ATP Synthase
- Cytochrom B6/F-Komplex
38
Q
Co-Faktoren in der PS - Plastichinone
A
- bewegen frei in Lipiddoppelschicht
*
39
Q
Co-Faktoren - Fe-S im PS I
A
- Schwefel e-Transport, lassen sich redoxieren
- Thiolgruppen Cystein
*
40
Q
Co-Faktoren - Häm
A
- ähnlich Tetrapyrrol struktur
- lassen sich reduzieren
- Magnesium, Fe zentren
- a
- kovalent
- b
- nicht kovalent
41
Q
Organisation der PS I und II mit Antennenproteinen
Core Protein und Reaktionszentrumsproteinen
A
- Aufsicht Thylakoidmembran
- Antennen um die Corekomplexe PS I und II
- Algen mehr Antennenkomplexe
- meisten Algen in Gewässern
- dementsprechend schwieriger Licht wahrnehmbar
- LHC A gehören zu PS I
- LHC B gehören zu PS II
- organisiert als Monomere oder trimere
42
Q
paar sachnakjkgn LHC moonomier+aff usw
A
43
Q
Zusammenfassung
A
- Photosynthetische Komplexe bestehen aus Kernomplexe mit Reaktionzentrum und Antennenkomplexen (LHCP)
- Primäre Reaktionen der PS finden in photosynthese Rektionszentren statt, Lichteinergie driven charge separation
- mehr als 150 Chorophyllmoleküle pro Photosynthese Reaktionszentrum
- meisten Chlorophyll-Moleküle sammeln Licht als Antennenpigmente und transferieren Energie durch exzitonischen Transfer an PSRZ
- LHCs assemblieren diese Antennenchlorophylle unf ander Licht absorbierende Substanzen
- Carotenoide sind nach Chlorophyll die most common accessory pigments
