Photosynthese. Astrobiologie: Panspermie und Terraforming von (Exo-)Planeten WS 13/14. Anna Till
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- Katrin Gerstle
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1 Astrobiologie: Panspermie und Terraforming von (Exo-)Planeten WS 13/14 Anna Till
2 Einleitung Überblick 1 Photosynthese Allgemeines zur Photosynthese Oxygene Photosyntehese Anoxygene Photosyntehese Verlgeich: anoxygene, oxygene Photosynthese 2 Astrobiologischer Abschluss Extraterrestische Pflanzen Extreme Bakterien Anna Till Photosynthese 2 / 22
3 Allgemeines zur Photosynthese Allgemeines zur Photosynthese Anna Till Photosynthese 3 / 22
4 Allgemeines zur Photosynthese Allgemeines zur Photosynthese Prinzip: Allgemeine (vereinfachte) Formel: 2 H 2 A + CO 2 CH 2 O +H 2 O + 2 A H 2 A... Wasser (H 2 O), Schwefelwasserstoff (H 2 S), etc... HC 2 O...organische Substanz Anna Till Photosynthese 4 / 22
5 Allgemeines zur Photosynthese Allgemeines zur Photosynthese Zwei Abschnitte: 1 Energieumwandlung (Lichtreaktion) Elektronentransport durch Lichtenergie Gewinn von Wasserstoff Adenosintriphosphat (ATP) und reduziertes Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADPH) werden gebildet 2 Suabstanzumwandlung (Dunkelreaktion) Organische Stoffe (Zucker) werden synthetisiert Produkte der Lichtreaktion und Enzyme notwendig prinzipiell lichtunabhängig, nur indirekt abhängig Zwei Arten: oxygene und anoxygene Photosyntehese Anna Till Photosynthese 5 / 22
6 Allgemeines zur Photosynthese Allgemeines zur Photosynthese Elektronendonor Photosynthese Vorkommen Eisen-II-Ionen (Fe 2+ ) anoxygen Purpurbakterien Nitrit (NO 2 ) anoxygen Purpurbakterien elementarer anoxygen Purpurbakterien Schwefel (S 0 ) Schwefel- anoxygen Grüne Nichtschwefelbakterien, wasserstoff Grüne Schwefelbakterien, (H 2 S) Purpurbakterien Thiosulfat anoxygen Purpurbakterien (S 2 O3 2 Wasser (H 2 O) oxygen Cyanobakterien, Prochlorophyta, fast alle phototrophen Eukaryoten Wasserstoff (H 2 ) anoxygen Grüne Nichtschwefelbakterien Anna Till Photosynthese 6 / 22
7 Oxygene Photosyntehese Oxygene Photosynthese Lichtreaktion 1 Lichtstrahl trifft auf den Chloroplasten, wird von ihm absorbiert 2 das Licht wird vom Chlorophyll ins Reaktionzentrum geleitet 3 ein Elektron im Reaktionszentrum wird auf ein höheres Energieniveau angeregt 4 wird verwendet um Wasser aufzuspalten (Sauerstoff wird freigesetzt) 5 das Elektron wird über eine Reihe von Elektronenübertragungen zum Akzeptor NADP + (wird zu NADPH reduziert) 6 es verliert dabei Energie, die für die Protonenpumpe verwendet wird 7 damit kann ATP aus ADP gebildet werden Anna Till Photosynthese 7 / 22
8 Oxygene Photosyntehese Oxygene Photosynthese Lichtreaktion membrane.png Anna Till Photosynthese 8 / 22
9 Oxygene Photosyntehese Oxygene Photosynthese Dunkelreaktion - Calvin-Zyklus 1 CO 2 -Fixierung: Ribulose-1,5-biophosphat (RubP), ein Zucker aus 5 Kohelnstoff-Atomen, verbindet sich mit CO 2 zu 3-Phosphoglycerat (Enzym: RubisCO) 2 Reduktion: mit ATP und NADPH wird das Phosphoglycerat zu zwei Molekülen Triosephosphat reduziert 3 Regeneration: mit ATP werden einige Triosephosphate wieder zu Ribulose-1,5-biophosphat regeneriert Anna Till Photosynthese 9 / 22
10 Oxygene Photosyntehese Oxygene Photosynthese Dunkelreaktion de.svg Anna Till Photosynthese 10 / 22
11 Anoxygene Photosyntehese Anoxygene Photosyntehese H. Cypionka, Grundlagen der Biochemie, Springer-Verlag, 2010, 4.Auflage, S. 220 Anna Till Photosynthese 11 / 22
12 Anoxygene Photosyntehese Anoxygene Photosynthese auch durch Lichtenergie angeregt ein einziges Photosystem: Typ I: pflanzliches PSI Typ II: pflanzliches PSII je nach Rektionszentrum (stabiler Elektronenakzeptor) Bakteriochlorophylle in den Rekationszentren ATP wird gebildet, NADH statt NADPH Wieso keine Wasserspaltung? es fehlt der wasserspaltende Komplex Redoxpotential nicht ausreichend für eine Wasserspaltung Anna Till Photosynthese 12 / 22
13 Anoxygene Photosyntehese Anoxygene Photosynthese Typ II Elektronenakzeptor: Chinon Wer: Grüne Nichtschwefelbakterien Purpurbakterien (Schwefelpurpurbakterien und schwefelfreie Purpurbakterien) Reduktionsmittel: organische Verbindungen: schwefelfreie Purpurbakterien, Grüne Nichtschwefelbakterien zusätzlich Wasserstoff (H 2 ): Grüne Nichtschwefelbakterien Schwefelwasserstoff (H 2 S): Schwefelpurpurbakterien Anna Till Photosynthese 13 / 22
14 Anoxygene Photosyntehese Anoxygene Photosynthese Typ I Elektronenakzeptor: Eisen-Schwefel-Protein Wer: Grüne Schwefelbakterien Heliobakterien Reduktionsmittel: Schwefelwasserstoff (H 2 S): Grüne Schwefelbakterien Anna Till Photosynthese 14 / 22
15 Verlgeich: anoxygene, oxygene Photosynthese Verlgeich: anoxygene, oxygene Photosynthese Unterschied: verschiedene Reduktantien werden verwendet Gemeinsam: durch Oxidation der Reduktantien werden Elektronen gewonnen Kohlenstoffdioxid-Assimilation: Calvin-Zyklus: alle Organismen mit oxygener Photosynthese Purpurbakterien Reduktiver Citratzyklus: Grüne Schwefelbakterien Grüne Nichtschwefelbakterien Heliobakterien: keine CO 2 -Fixierung bekannt vergären organische Verbindungen Anna Till Photosynthese 15 / 22
16 Astrobiologischer Abschluss Extraterrestische Pflanzen Extraterresitische Pflanzen Grün - G-Sterne 2 Anna Till Photosynthese 16 / 22
17 Astrobiologischer Abschluss Extraterrestische Pflanzen Extraterresitische Pflanzen Schwarz - M-Sterne 4 Anna Till Photosynthese 17 / 22
18 Astrobiologischer Abschluss Extraterrestische Pflanzen Extraterresitische Pflanzen Hell bis blau - F-Sterne 6 Anna Till Photosynthese 18 / 22
19 Astrobiologischer Abschluss Extraterrestische Pflanzen Struktur 8 Anna Till Photosynthese 19 / 22
20 Astrobiologischer Abschluss Extreme Bakterien Extreme Bakterien schwarzer Raucher in 2500m Tiefe Gru nes Schwefebakterium anoxygene Photosynthese mit H2 S oder Schwefel kein Sonnenlicht aber schwache Infrarotstrahlung 6f/Blacksmoker in Atlantic Ocean.jpg Anna Till Photosynthese 20 / 22
21 Astrobiologischer Abschluss Extreme Bakterien Danke für die Aufmerksamkeit! Anna Till Photosynthese 21 / 22
22 Astrobiologischer Abschluss Extreme Bakterien Quellen H. Cypionka, Grundlagen der Biochemie, Springer-Verlag, 2010, 4.Auflage P. Schopfer, A. Brennicke, Pflanzenphysiologie, Spektrum-Verlag, 2010, 7. Auflage G. Drews, Mikrobiologie. Die Entdeckung der unsichtbaren Welt, Springer-Verlag, 2010 A. Wild, V. Schmitt, Biochemische und physiologische Versuche mit Pflanzen, Springer-Verlag, 2012 N. Y. Kiang, The Color of Plants on Ohter Worlds, Scientific American, April 2008 N. J. Kiang et al., Spectral Signatures of Photosynthesis. I. Review of Earth Organisms, Astrobiology Volume 7, Number 1, 2007 A. Makino, T. Mae, Photosynthesis and Plant Groth at Elevated Levels of CO 2, JSPP, 1999 J.T. O Malley-James et al., Life and Light: Exotic Photosynthesis in Binary and Multiple-Star Systems, Astrobiology Volume 12, Number 2, 2012 P. Hoffmann, Photosynthese, Wissenschafltiche Taschenbücher WTB? Akademie-Verlag Berlin, Anna Till Photosynthese 22 / 22
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