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Pflanzenphysiologie > (!) VL 8: Photosynthese IV > Flashcards

(!) VL 8: Photosynthese IV Flashcards

1
Q

Übersicht

A
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2
Q

Zusammenfassung der Lichtreaktion

A
  • Substrat: H2O
  • Energiequelle: Licht
  • Produkte: NADPH und ATP
  • Ort: Thylakoide
  • beruhen auf Aktivierungsenergie des Sonnenlichtes
  • Licht wird durch Chlorophyll absorbiert. Ein Elektron des Chlorophylls wird jeweils angeregt. Im Reaktionszentrum kommt es zur Ladungstrennung (Photochemie)
  • Elektronen durchlaufen eine Reihe von Redoxkomponenten und ein Protonengradient wird für die ATP_Synthese aufgebaut
  • Wasser wird oxidiert und Sauerstoff dabei freigestzt
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3
Q

Zusammenfassung der lichtunabhängigen Reaktion - Die CO2 Assimilation

A
  • Substrat: CO2
  • Energiequelle: NADPH, ATP
  • Produkte: Kohlenhydrate
  • ORt: Stroma
  • Diese Reaktionen sind von den Produkten der Lichtreaktion abhängig
  • aber müssen nicht zwingend im Licht erfolgen
  • Die bereitgestellte Energie wird zu Umwandlung von CO2 in Zucker verwendet
  • Das Produkt ist letztendlich Glukose
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4
Q

Die Licht- und lichtunabhängigen (Dunkel)reaktionen sind durch einige Mechanisment miteinander verbunden

A
  • Der pH im Stroma steigt an, wenn Protonen während der Lichtreaktion durch die Membran ins Lumen gepumpt werden. Die Enzye des Calvin Zyklus funktionieren besser bei höherem pH
  • Die Reaktionen des Calvin-Zyklus stoppen, wenn kein Substrat verfügbat ist: Der lichtunabhängige Teil der PS stoppt, wenn kein ATP oder NADPH mehr im Stroma synthetisiert werden kann
  • Assimilationsreaktionen sind redoxabhängig, werden durch NADPH, Thioredoxin oder andere Reduktionsmittel reduziert. Reduktionmittelwerden durch Photosynthese reduziert
  • Die Lichtreaktion steigert die Durchlässigkeit der stromalen membran für Cofaktoren, wie Mg2+, welche auch für den Calvin-Zyklus benötigt werden
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5
Q

Die drei Abschnitte des Calvin Zyklus

A
  1. Carboxylierung –> 3-Phosphoglycerat
    • 1 Enzym
  2. Reduktion –> Triosephosphat/Glycerinaldehydphosphat
    • 2 Enzyme
  3. Regeneration –> RuBP (Ribulose 1,5-Bisphosphat)
    • viele Enzyme
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6
Q

Kurzzeitmarkierung photosynthetischer Intermdiäreprodukte mit 14C-markiertem CO2

A
  • Stoffwechselweg in dem KH eingebaut wird, wurde durch die Idnetifizierung der ersten gebildetetn photosynthetischen Zwischenprodukten aufgeklärt
  • Syntheseweg wird Calvin - Benson Zyklus oder reduktiver Pentosephosphat-Zyklus genannt
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7
Q

RuBP Carboxylase/Oxygenase katalysiert die CO2 Fixierung in einem exergonischem Prozess

A
  • RuBP Carboxylase/Oxygenase (Rubisco) ist vermutlich das wichtigste Enzym, da von seiner Reaktion nahezu alles Leben abhängt
  • Das Enzym ist extrem aundant. machtca. 14% des gesamten Proteins der Chloroplasten aus
  • Nachteil: Nebenprodukt ist durch die Oxygenasereaktion entstandene 2-Phosphoglycolat
    • toxisch
    • muss unmittelbar umgewandelt und entgiftet werden
    • warum kann O2 in Reaktion eintreten???
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8
Q

Rubisco Struktur

A
  • vierfach symmetrisch
  • 8 kleine (gelb) und 8 grpße (rot und grün) UE L8S8)
  • Molekularmasse 550 Da
  • 8 versch. katalytische Zentren
  • turnover 3 CO2 pro sek (langsam)
  • RubisCo extrem abundant, 15% alle Chloroplastenproteine
  • Produkt aus 2 Genomen
    • große UE Plastidengenom
    • kleine UE Kerngenom

–> Bedarf regulatorische Leistug um gleiche Menge an Genprodukt aus ZK und Chloroplasten bereitzustellen

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9
Q

Reaktion Carboxylierung von Ribulose1,5-bisphosphat

A
  • Tautomerie: gleiche Summenformel, unterschiedliche Struktur
  • Ribulose-1,5-bp bindet an das 2. Atom und bildet ein 6-Kohlenstoffintermediat, das spontan zu zwei Molekülen 3-P-Glycerat zerfällt
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10
Q

Kontrolle der RuBP-Carboxylase Aktivität

A
  • Die Aktivität variiert mit dem pH-Wert. Im Licht steigt der pH im Stroma von 7 auf 8 (Protonenpumpe über die Thylakoidmembran). RuBP-Carboxylase hat ein scharfes pH-Optimum bei pH 8
  • RuBisCo wird durch Mg2+ und die Bildung des Carbamat-Mg-Komplexes stimuliert. Licht-induzierter Einstrom von Proteoneen in das Lumen wird durch den Ausstrom von Mg2+ zum Stroma begleitet
  • RuBisCo wird durch 2-Carboxyarabinitol-1-Phosphat (CA1P) gehemmt, das die Pflanze nur anchts synthetisiert. Am Morgen wird RuBisCo durch zunehmende Lichtintensität wieder freigesetzt
  • Die RuBP-Carboxylase-Aktivase ermöglicht
    • Freisetzung des dicht-gebundenen CA1P von der RuBO-Carboxylase
    • Das Entfernen von inaktivierendem RuBP
    • Katalyse der Carbamylierung
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11
Q

Ausbildung eines Mg Carbamat-Komplexes an der RuBisCo mittels der RuBisCO-Aktivase

A
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12
Q

Aktives Zentrum der Rubisco

A
  • Arrangiert über das Magnesiumion (grün)
    • Daas Mg-Ion ist über drei AS-Reste gebunden, einschließlich des modifizierten ysins, an dem ein zusätzliches CO2 gebunden ist
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13
Q

2.) Reduktion des Phospho-Glycerats

A
  • Verwendung von ATP und NADPH aus Lichtreaktion, um 3-PGA in Glycerinaldehyd-3-Phosphat zu verwandeln
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14
Q

Wie sich die Mengen an Substraten und Produkten sich ändern können je nach Umweltbedingungen - Licht

A
  • Wechsel von Tag zu nAcht Gehalte von 3PG und RibuloseBP
  • Abdunkelung
    • 3PG Gehalt steigt rapde an
    • Rubis-P fällt auf niedrigen Wert zurück
  • Verschiebung der Pool-Größen von 3PG (PGA) und Ribulosebisphosphat (RuBisP) ausgelöst durch Unterbrehung der Lichtreaktion oder der CO2-Versorgung in Chlorella
  • PGA reichert im Dunkeln an
  • im Dunkeln keine Energie und Reduktionsäquivalente (ATP, NADPH) zur Verfügung)
  • Rubisco kann noch PGA machen aber nachfolgende Reaktionsschritte beeinträchtigt
  • Abbau durch verstoffwechslung in Chloroplasten zu anderen Molekülen
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15
Q

Wie sich die Mengen an Substraten und Produkten sich ändern können je nach Umweltbedingungen - CO2

A
  • Gehalt Rubis-P steigt kurzzeitig an bei Übergang von hoher gehalt zu niedrig
  • auch wieder abflacht
  • PGA fällt ab zu niedrigerem Wert
    • verringerte Aktivität
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16
Q

Zusammenfassung: Der ClvinZyklus erzeugt Glycerinaldehyd-3-Phosphat (GAP) aus CO2 in zwei Abschnitten

A
  • Diese Produktionsphase besteht aus der Carboxylierungsreaktion und zwei Enzymschritten der Reduktion
  • 6 Moleküle Ribulose-5-Bisphosphat reagieren mit 6x CO2 –> 12 Moleküle Glycerinaldehyd-3-Phosphat
  • 12 ATPs und 12 NADPH werden benötigt
  • 2 von 12 GAP können aus dem Zyklus für die Biosynthese von KH abgezwiet werden
  • Alle anderen C3 Moleküle dienen der Wiedergewinnung des Ribulose-1,5-BP
17
Q
  1. Regenerationsphase des CO2 Akzeptors
A
  • Die Kohlenstoffatome der verbliebenen Glycerinaldehyd-3-Phosphate (GAPs) werden in eine Reihe von Reaktionen weitergeleiitet, um Ribulosee 1,5-Phosphat zu bilden
  • 12 GAP –> 6RuBP + 1 Glucose
  • Zwei GAPs für die Synthese von 1 Glucose
  • 10 weitere GAPs dienen dem Recycling des RuBP
18
Q

Calvin Zyklus

A
19
Q

Enzyme Regeneration

A
  1. Glycerinaldehyd-Phosphat DH
  2. Triosephosphatisomerase (intramolekulre Umlagerung
  3. Aldolase
  4. Transketolase
20
Q

Regeneration des CO2-Akzeptors

A
  • Aldolase katalysiert die Verknüpfung von Dihydroxyacetonphosphat mit den Aldosen
    • Glycerinaldehyd-3-Phosphat ud
    • Erythrose-4-Phosphat
  • Es entsteht
    • Fructose-1,6-Bisphosphat
    • Seduheptose-1,7-Bisphosphat
21
Q

Regenerationsphase des CO2-Akzeptors - Transketolase

A
  • Transketolasen
  • katalysiert die Übertragung einer C2 Einheit von Ketosen auf Aldosen (hier: Glycerinaldehyd-3-Phosphat

Pflanzenphysiologie (11 decks)

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