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
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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
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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
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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
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Wie ist die Lichtabsorption und die photochemische Redoxreaktion in der Photosynthese organisiert?
* Die Photosynthesepigmente in den Lichtsammekomplexen = light-harvesting complexes LHCs), oder auch Antennenkomplexe
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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
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Funktionen LHCs
* 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
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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
29
Exzitonischer Energietransfer und Ladungstrennung
1. Anregungsenergie auf Chlorophyll mit dem Absorptionsmaximum der längsten energieärmsten Wellenlänge im Reaktionszentrum des Photosystems übertragen
2. Die primäre photochemische Reaktion, die Ladungstrennung, wird durch ein einziges Chlorophyll (special pair) im Reaktionszentrum des Photosystems durchgeführt
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Die Proteinkomplexe der Photoysteme für Elektronentransportkette, Protonentransfers sowie ATP-Synthese
Mobile Elektronencarrier
1. Plastoquinon
2. Plastocyanin
* Thylakoidmembran
* Proteinkomplexe
* zahlreche Komponenten
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Proteinkomplexe - Antennenkomplexe
* zwei Antennenkomplexe (je ein Komplex für PSI und PSII)
* Chlorophyll, Carotinoide, Proteine
Funktion
* Sammeln der Strahlungsenergie
* Transfer der excitonischen Anregungsenergie zum Reaktionszentrum
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Proteinkomplee - PSII
* PK mit Chlorophyllen und Plastoquinon, Pheophytin, P680
Funktion
* starkes Oxidationsmittel zur Oxidation des Wassers
* schwaches Reduktionsmittel
* Elektronentransport zum PSI
* Erzeugung von Protonen um Lumen
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Proteinkomplexe - Sauerstoffbildender Komplex/ Wasserspaltungsapparat
Teil des PSII
besteht aus Mn-Ca-Cluster
34
Proteinkomplexe - PS I
* Proteinkomplex mit Chlorophyllen: enthält auch Phylloquinon, P700 und Ferredoxin
Funktion
* starkes Reduktionsmittel für die Bildung von NADPH +
*
35
Proteinkomplexe - Cytochrom B6/F Komplex
* Proteinkomplex
* Metallionen
* Fe-S-Cluster
Funktion
* Transfer von Protonen durch die Thylakoidmembran
* Vermittelnder Eektronentransport zwischen PS II und PS I
* Mobile Elektronencarrier
* 1. Plastoquinon
* Plastocyanin
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Proteinkomplexe - ATPase
* ATP erzeugendes Enzymkomplex
* erzeugung durch chemi-osmotische Energie des Protonengradients
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Arrangement der Proteinkomplexe in der Thylakoidmembran
* Granathylakoide: enthalten mehr
* PSII.
* LHCII
* Cytochrom B6/F-Komplex
* Stromathylakoide
* PS I
* ATP Synthase
* Cytochrom B6/F-Komplex
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Co-Faktoren in der PS - Plastichinone
* bewegen frei in Lipiddoppelschicht
*
39
Co-Faktoren - Fe-S im PS I
* Schwefel e-Transport, lassen sich redoxieren
* Thiolgruppen Cystein
*
40
Co-Faktoren - Häm
* ähnlich Tetrapyrrol struktur
* lassen sich reduzieren
* Magnesium, Fe zentren
* a
* kovalent
* b
* nicht kovalent
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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
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paar sachnakjkgn LHC moonomier+aff usw
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Zusammenfassung
* 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
