VL 5: Photosynthese I Flashcards
Photosynthese
- 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
Zwei Phasen der Photosysnthese
- lichtabhängige Reaktion
- lichtunabhängige Reaktion (Dunkelreaktion)
- Dunkelreaktion nicht passend
*
Das Spektrum der Sonnenstrahlung
Chlorophyll entscheidendes Pigment
Sichtbares Licht
- 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
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Wie kann Licht in verwertbare Energie in Pflanzen umgesetzt werden?
- Absorption Chlorophyll
Chlorophyll
- photosynthetisch wirksames Licht wird durch
- Blattoberfläche
- Strahlung durch Blätter
- einzelne Photonen werden absorbiert
- Absorbiertes Lichtrot und blau
- Reflektiertes Licht Grün
Vier Funktionsbereiche der Fotosynthese höherer Pflanzen
- 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
- oben Winter
- unten Sommer
- Chlorophyllgehalte
- Ozeane
4 Funktionsbereiche: 1. Lichtabsorption
Wie? Womit?
Photosynthesepigmente: Chlorophyll
Chlorophyll
- prinzipieller Photorezeptor der PS
- gehört zu Tetrapyrrole
Tetrapyrrolringe
- 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
Absorptionseingenschaft Chlorophyll
- Tetrapyrrol
- Vorhandensein ein konjogiert. Doppelbindung innerhalb Ring
- spezifische Wellenlängen absorbieren
- kurzwellige Energiereiche WL des blauen Spektrums
- langwellige energiearme WL des roten Spektrums
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2 wesentliche chlorophylle
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
Carotinoide
- hydrophob
- große anzahl konj. DB
- Licht des sichtbaaren Lichte Absorbieren
- Absorptionseigenschaften
- im kurzwelligen Bereich
- Vertrter spez. Funktionen
Photosynthesepigmente - Phycobiline
- 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
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Absorptionsspektren der verschiedenen Photosynthesepigmente
- 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
Spektroskopische Eigenschaften der Photosynthesepigmente
- 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
Spektren isolierter Pigmente
- chl a und b
- Carotiinoide
- Mengen an Chla und Chlb
- Schultererkennung con Carotinoide bei Gesamtextrakt
- 1/7 des Gehaltes Catotinoide
Vergleich von Absorptionsspektrum der Pigmente mit einem Aktions-Wirkungsspektrum
- 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
Wie kann E der angeregten Zustände weitergenutzt werden nachdem Pigmente in Grundzustände zurückkehren?
Alternativen des angeregen Moleküls
- 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
Wie ist die Lichtabsorption und die photochemische Redoxreaktion in der Photosynthese organisiert?
- Die Photosynthesepigmente in den Lichtsammekomplexen = light-harvesting complexes LHCs), oder auch Antennenkomplexe
LHC Röntgen Struktur
- 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
Modell eines photosnthetischen Pigmentkollektivs in einem Antennenkomplex
- 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
Exzitonischer 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
Die Proteinkomplexe der Photoysteme für Elektronentransportkette, Protonentransfers sowie ATP-Synthese
Mobile Elektronencarrier
- Plastoquinon
- Plastocyanin
- Thylakoidmembran
- Proteinkomplexe
- zahlreche Komponenten
Arrangement der Proteinkomplexe in der Thylakoidmembran
- Granathylakoide: enthalten mehr
- PSII.
- LHCII
- Cytochrom B6/F-Komplex
- Stromathylakoide
- PS I
- ATP Synthase
- Cytochrom B6/F-Komplex
Co-Faktoren in der PS - Plastichinone
- bewegen frei in Lipiddoppelschicht
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Co-Faktoren - Fe-S im PS I
- Schwefel e-Transport, lassen sich redoxieren
- Thiolgruppen Cystein
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Co-Faktoren - Häm
- ähnlich Tetrapyrrol struktur
- lassen sich reduzieren
- Magnesium, Fe zentren
- a
- kovalent
- b
- nicht kovalent
Organisation der PS I und II mit Antennenproteinen
Core Protein und Reaktionszentrumsproteinen
- 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
