Photosynthetischer Elektronen-Transport

Transkript

1 Photosynthetischer Elektronen-Transport Hendrik Küpper, Vorlesungsreihe Einführung in Bau und Funktion der Pflanzen, Sommersemester 2012

2 Rückblick: Geschichte der Photosynthese Cornelius van Niel (1932) Experimente mit anoxigen (Schwefel statt tt Sauerstoff produzierend) d) Photosynthese betreibenden Bakterien stellt die allgemeine Photosynthesegleichung auf: stellt die allgemeine Photosynthesegleichung auf: CO H 2 A + Licht (CH 2 O) + H 2 O + 2A (CH 2 O) = Kohlenhydrat

3 Z-Schema der Photosynthese in höheren Pflanzen und Cyanobakterien Aus: de.wikipedia.org Robin Hill and Fay Bendall (1960) Z-Schema der Photosynthese-Lichtreaktionen

4 Photosynthese der Purpurbakterien NADH

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7 Wiederholung: Ladungstrennung Aus: Barber J, 2003, QuartRevBiophys36, Mechanismus der Ladungstrennung 1. Special pair -Chlorophylle (=P680) übernehmen Excitonen (=angeregte Zustände) von der Antenne 2. P680 überträgt ein Elektron auf Chl D1 ( initial charge separation ) 3. Binnen weniger ps wird das e - auf Phe ( P680 + /Phe - ) übertragen ( primary charge separation )

8 Photosynthetischer Elektronentransport: Nicht-Häm Eisen Aus: McEvoy JP, Brudvig GW, 2006, Chemical Reviews 106, Aus: Utschig LM, Thurnauer MC, 2004, AccChemRes37, Characteristics gebunden durch 4 Histidine und 1 Glutamat nahe der Stromaseite des PSIIRZ leitet/hilft Elektronen beim Tunnelln von Q A nach Q B

9 Cyt b 6 f -Komplex: Struktur Aus: Cramer WA, Zhang H, Yan J, Kurisu G, Smith JL, 2006, AnnRevBiochem75, Structurcharakteristika Homodimer, jedes Monomer besteht aus 8 Untereinheiten, insges. ca. 109 kda Jedes Monomer enthält 13 Transmembranhelices, und Betafaltblätter in der Rieske- Untereinheit

10 Von: Cramer WA, Zhang H, Yan J, Kurisu G, Smith JL, 2006, AnnRevBiochem75_ Cyt b6f -Komplex: Mechanismus Der Komplex überträgt e- von Plastochinon (PQ) zu Plastocyanin (PC). Er benutzt den Potentialunterschied zwischen Q B und PC um ein Proton über 2x2 Häm b und 2x1 Häm x auf die andere Seite der Membran zu transportieren. Elektronen werden von den Häm b über einen Rieske [2Fe2S]-Cluster und ein Häm f auf PC übertragen. Zyklischer Elektronentransport findet statt über Kopplung von Ferredoxin an Häm x.

11 Plastocyanin Aus: leibniz.de with reference to data of Inoue T, Sugawara H, Hamanaka S, Tsukui H, Suzuki E, Kohzuma T, Kai Y, 1999, Biochemistry 38, Von: Shibata N, Inoue T, Nagano C, Nishio N, Kohzuma T, Onodera K, Yoshizaki F, Sugimura Y, Kai Y, 1999, J Biol Chem. 274: ca. 100 Aminosäuren, lösliches Protein Kupfer gebunden von 2 His, 1 Cys, 1 Met in verzerrter tetraedrischer Geometrie Oxidiertes (Cu 2+ ) Plastocyanin akzeptiert Elektronen vom Cytb6f complex Reduziertes (Cu + ) Plastocyanin diffundiert zum PSIRZ und gibt e - ab

12 Wiederholung: Funktion des Photosystem I Reaktionszentrums Primäre Ladungstrennung: special pair (=P700, Chl a / Chl a Heterodimer), gibt e - an A 0 ab via A (beides Chl a) e - Transport via A1 (Phylloquinon) und die [4Fe4S]- cluster F x, F A & F B auf den [4Fe4S]-Cluster von Ferredoxin P700 wird re-reduziert durch Plastocyanin -580 mv -520 mv -705 mv -800 mv mv +430 mv Von: Nelson N, Yocum CF, 2006, AnnRevPlantBiol 57,

13 Ferredoxin Struktur und Funktion meist ein Dimer lösliches Protein mit einem [2Fe2S]-Cluster pro Monomer überträgt Elektronen von PSIRZ auf Ferredoxinreduktase ( linearer Elektronentransport) oder auf den Cyt b6f-komplex ( zyklischer Electronentransport) t t) Aus: with reference to data of Bes MT, Parisini E, Inda LA, Saraiva LM, Peleato ML, Sheldrick GM, 1999, Structure, 15;7(10):

14 Ferredoxin-Reduktase Struktur und Funktion Reduziert NADP + durch Oxidation von Ferredoxin Flavin als redox-aktives Zentrum Von: with reference to data of Morales R, Kachalova G, Vellieux F, Charon MH, Frey M, 2000, Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 56,

15 ATP-Synthase kann je nach Membranpotential auch als ATP-Hydrolase funktionieren! Von: protein.bio.msu.ru

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18 Zyklischer Elektronentransport: Mechanismus Von: uni-duesseldorf.de

19 Regulation der Energieübertragung: state transitions Höhere Pflanzen, viele Algen

20 Wiederholung: Z-Schema der Photosynthese in höheren Pflanzen und Cyanobakterien Aus: de.wikipedia.org Robin Hill and Fay Bendall (1960) Z-Schema der Photosynthese-Lichtreaktionen

21 Alle Dias meiner Vorlesungen können von meiner Arbeitsgruppen-Homepage heruntergeladen werden: FB Biologie Arbeitsgruppen Küpper oder direkt