VL 6: Photosynthese II

Question 1

Photosynthese: Zusammenfassung I

Answer 1

• Licht + 6 CO₂ + 12 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O
• Funktion: ATP Synthesec und NADPH Bildung für weitere Stoffwechselprozesse
• Energiequelle: Sonnenlicht
• Energieumwandlun:
  
  • Sonnenlicht → H⁺ Gradient → ATP
  • H₂O → Elektronentransport → NADPH
• Kohlenstoffquelle: CO₂
• Elektronendonator: H₂O
• Intermediärer Elektronenakzeptor: NADP⁺
• Nebenprodukt: O₂

Question 2

Die Proteinkomplexe der Photosysteme für ETK, Protonentransfers, ATP-Synthese

Answer 2

• e^- aus Wasser über photosynthetiische ETK auf NADP+ übertragen
• Freisetzung und Anreicherung von Protonen im Lumen
• Entstehung Protonengradient
• treibt ATP-Synthase an

Question 3

Organisation des Photosystem II und des Light-Harvesting-Komplexed in der Thylakoidmembran

Answer 3

• 17 Protein-UE
  
  • 35-38 transmembran Helices
• Reaktionszentrumsproteine D1 und D2
• Core-Antennenproteine CP43 und CP47
• Zusätzlich weitere Proteinuntereinheiten
• P₆₈₀ das zentrale Reaktionszentrumschlorophyll: ein Chl.-Paar (special pair)
• PS II enthält 1 weiteres Chlorophyllpaar, 1 Paar Phäophytine und 2 gebundene Quinone
• Die Quinone sind die finalen Elektronenakzeptoren des Reaktionszentrums des PS II-Typs
• Spiegelsymmetrie
• im PS II auch der Wasserspaltungsapparat: 4 Mn und 1 Ca in einem Komplex, der dem Wasser Elektronen entziehen kann PsbO (MSP) stabilisiert den Ca/Mn Komplex

Question 4

Kofaktoren in PS II

Answer 4

• 35 Chl a (CP43: 13 und CP47: 16 Chl, der Rest, also je 3 Chl in D1/D2)
• 2 Phäophytine
• 2 Plastochinone
• 2 Häme
• 12 Carotenoide
• mnd. 25 Lipide
• 2 Tyrosine (Tyrosin Z und Tyrosin D
• 1 nicht-Häm Eisen
• Mn₄Ca-Cluster
• Bicarbonat
• Chloridion

Question 5

PS II Reaktionszentrum

Answer 5

1. D1 und D22 = Core Reaktionszentrumsproteine (gelb)
   
   • P680 = Prim. Reaktionszuntrums Chlorophyll
   • Carotinoide und 1 weiteres Chl-Paar
   • 2 Phäophytin (Chlorophyll ohne Mg+)
   • Plastoquinone (2 e- Akzeptoren)
2. Core-Antennenkomplex mit Chlorophyll a (rosa)
3. Sauerstoff-erzeugender Proteinkomplex (lila)

Question 6

Abstände zwischen zentralen Kofaktoren im Reaktionszentrum des PS II

Answer 6

?

• Special Pair P680
• Unidirektionalität des Elektronentransfers
• Sekundäre Elektronendonatoren
• Rolle der Häme
• Rolle der periphären Chl

Question 7

Elektronentransfer im PS II

Answer 7

• Cofactor arrangement in the D1/D2 heterodimer of the PSII core (view is along the membran normal), coloured in green (Chl), yellow (Pheo), magenta (PQ-9) and red (carotenoids), respectively, Ca2+ (yellow, Fe (Blue) and Mn (red) are shown as spheres, the coordinating Portein

Question 8

Photosystem II Aufbau, Struktur

Answer 8

• 17 Protein UE, P₆₈₀ + ein weiteres Chl-Paar, 1 Phäpphytin, 2 Chinone
• zentrales reaktionszentrumschlorophyll: P₆₈₀
• 2 gebundene Chinone: finale Elektronenakzeptoren des Reaktionszentrums
• Spiegelsymmetrisch
• Wasserspaltungsapparat→ Komplex mit 4 Mn und 1 Fe entzieht Wasser Elektronen (O₂ + 4 H⁺)
• ausgeglichenes Chl a/b-Verhältnis (1:1, umfangreiche Antennen)

Question 9

Kernkomplex

Answer 9

• D1 (gelb, D2 (orange) = Reaktionszentrumsproteine –> enthalten P680, Carotinoide, weiteres Chl-Paar, Phäophytine, Platochinone
• CP47 = Antennenkomplex mit 16 Chl a
• CP43 = Sauerstofferzeugender (Wasser-spalendter Proteinkomplex mit Mn-Cluster, Antennenkomplex mit 13 Chl a

Question 10

Wasserspaltungskomplex

Answer 10

• Mn₄Ca-haltiger Proteinkomplex
• Kok-Zyklus –> 4 Lichtblitze (Photonen) pro freigestztem Molekül O₂
• P680 wird durch Photonenabsorption oxidiert und durch Tyrosinrest Tyr_z reduziert Tyr_z⁺ wird durch Elektron aus Mn4Ca-Cluster reduziert
• 4 Photonen-Absorptionsschritte
• spontane Aufnahme von 4e^- aus H₂O, wobeu O₂ und 4H⁺ entstehen
• Elektropositivste Reaktion in der Natur

Question 11

Plastochinon

Answer 11

Beweglicher Elektronencarrier

• E-Transport zwischen PS II und Cytb₆/f-Komplex
• nimmt 2 e^- von Phäophytin und zwei H⁺ aus Stroma auf
• 2 e^- zu Cytb₆/f-Komplex, 2 H⁺ ins Lumen

Question 12

Cytb₆/f-Komplex

Answer 12

• e-Transport über den Komplex trägt zum Aufbau des Protonengradienten bei
• Translokation von Protonen (und e- von Plastochinon) von der Stromaseite zur luminalen Seite der Thylakoidmamebran –> Q-Zyklus
• Aufnahme von e- und H+ von Plastochinon, Abgabe von H+ ins Lumen (Protonengradient)
• Ein Elektron wird genutzt um Plastochinon wieder zu reduzieren (=Q-Zyklus), das andere wird über die Rieske-FeS an Plastocyanin weitergegeben

Struktur

• Cytochrom b6
• Cytochtom f
• Rieske-FeS-Protein
• Subunit IV

Question 13

Plastocyanin

Answer 13

• kleines, Cu-haltiges Protein
• wasserlöslich (frei beweglich im Lumen)
• Transferiert Elektronen von Cyto b6/f zu PSI über Cu im Zentrum

Question 14

Photosystem I

Answer 14

• 16/17 UE
• akzeptiert e- von Plastocyanin
• Zentrales Reaktionszentrumschlorophyll: P700 (2x2 Chlorophylle
• Fe-S-Cluster als terminale Elektronenakzeptoren

Question 15

PS I - Kernkomplex

Answer 15

• P700
• A0 = primärer e-Akzeptor, Chlorophyll
• A1 = sek. e-Akzeptor, Phylloquinon
• Fx, FA, FB = Fe-S-Zentren
• 15 beta-Carotine
• Ca. 100 Chl a Moleküle (Kernantennen)
• Ferrodoxin als Elektronenakzeptor im Stroma
• hohes Chl a/b-Verhältnis (4:1)
• keine Antennen, Absorptionsmaximum stärker im rotwelligen Bereich)

Question 16

PS I - Reaktion

Answer 16

• Unter Lichteinfluss findet an P700 eine Ladungstrennung statt –> P700 überträgt ein energiereiches Elektron auf A0 (und wird von Elektron aus Plastocyanin wieder reduziert). Schnelle e- Weitergabe zu A1, von dort langsamer zu Fx. Letzte intermediäre Elektronenüberträger sind Fa und FB. Diese reduzieren schlussendlich Ferredoxin (Ferredoxin-NADP+-Oxidoreduktase bildet Reduktionsäquivalent NADPH+H+ –> offener Elektronentransport mit terminalem Akzeptor
• H2O + NADP+ –> O2 + NADPH+H+