Lichtgetriebener Elektronentransport in der Thylakoidmembran führt zu PMK

Transkript

1 Lichtgetriebener Elektronentransport in der Thylakoidmembran führt zu PMK

2 PMF ensteht an drei Punkten Wasserspaltung im Lumen Transport von Protonen vom Stroma zum Lumen durch Plastochinon Aufnahme eines Protons im Stroma bei der Reduktion von NADP

3 Z-Schema der Photosynthese

4 Ergebnis der Lichtreaktion Sauerstoff NADPH PMF, wird zur Synthese von ATP genutzt fixieren und zu reduzieren (Dunkelreaktion) zu ATP und NADPH werden gebraucht, um CO

5 Photosystem II

6 Phaeophytin Phaeophytin besteht wie das Chlorophyll aus einem Ringsystem mit konjugierten Doppelbindungen, enthält aber kein zentrales Mg Ion.

7 (CH CH "!! * ) ( ' & $ % # -) CH = CH CH Plastochinon O CH O

8 (, + Lichtgetriebener Elektronentransport in der Thylakoidmembran führt zu PMK

9 Das zentrale Eisen-Ion in der Hemgruppe der Cytochrome kann Elektronen aufnehmen und abgeben: Fe Cytochrom + e Fe

10 Das zentrale Cu-Ion im Plastocyanin kann Elektronen aufnehmen und abgeben. Cu Plastocyanin + e Cu

11 Elektronentransport in der Thylakoidmembran * ) -, 2 > < ; ; 789: ) $ 2 / 01. $ % 2 / 01 < ; 0 1?1 Welche der hier gezeigten Komponenten der chloroplastidären Elektronentransportkette übertragen nur Elektronen? Nennen Sie ggf. die beteiligten Ionen.

12 Elektronentransportkette Elektronen werden in der Membran durch drei Komplexe transportiert: H BO Photosystem II Plastochinon Plastocyanin Photosystem I NADPH C Cytochrom b f Komplex

13 Photosystem II

14 Der Mn-Komplex braucht man 2 Wassermoleküle, die 4 Elektronen und 4 Protonen abgeben. Chlorophyll im Reaktionszentrum nimmt aber immer nur ein Elektron auf. Lösung: Mn-Komplex nimmt 4 Elektronen auf und gibt diese sukzessive an Chlorophyll im Reaktionszentrum ab. D Problem: für die Entstehung von O

15 Elektronentransport am TyrZ P OS R OP KQK N K L M J I 1G [ \ Z F E _`Y P H TQ^ ] O U H Q HG `JHU X H H U ctqhq `JKU a b V HQ U I T `JU XH d QK P XTJY I IUUHQU R W

16 PMK in Chloroplasten und Mitochondrien Hohe Protonenkonzentration im Intermembranraum, bzw. im Lumen. Niedrige Protonenkonzentration in der Matrix bzw. im Stroma. ATP-Synthese: Oxidative Phosphorylierung Photophosphorylierung

17 Der elektrochemische Gradient µ = E + c In Mitochondrien ist die Energie zum Großteil im elektrischen Potential gespeichert. hij m n k l h i j f g e In Chloroplasten ist die Energie zum Großteil im chemischen Potential gespeichert q uh l ik lsgt mgr k qr pn h o l k

18 Antennenpigmente Nur das Chlorophyllpaar im Reaktionszentrum ist so positioniert, dass es Elektronen an die Elektronentransportkette abgeben kann. Chlorophylle der Antennen dienen als Lichtfänger, die die Energie dem Chlorophyll im Reaktionszentrum zuleiten.

19 Energietransfer von den Chlorophyllen der Antennen zum Chlorophyll im Reaktionszentrum

20 Energiefallen Angeregte Chlorophylle im Reaktionszentrum können die Energie nicht wieder auf die Chlorophylle der Antennen übertragen. Die absorbierte Energie wird zur Anregung des Elektrons benutzt. Das Elektron wird auf Phaeophytin übertragen.

21 Resonanztransfer

22 Photosysteme

23 Schicksal der Energie eines angeregten Elektrons im Reaktionszentrum: im lk l m ls k q lgn x ls w snkg v h u} i k e u n f l x nr { isfkg yz l In den Antennen x x lsnr h isnkg m l k ls l k n ~ lgfk v z l u} e uz fsf il ns u lknt In Antennen und im Reaktionszentrum l ƒs v k l l g fs z r v

24 Chlorophyllfluoreszenz

25 Welche Komponenten von Photosystem II kennen Sie Komponenten der Elektronentransportkette Mangankomplex TyrZ Reaktionszentrum mit 2 Molekülen Chlorophyll a Phaeophytin Antennenpigmente Ca Chlorophyllmoleküle (a und b) 50 Carotinoide Plastochinon

26 Die Grünlücke

27 Carotinoide schließen die Grünlücke

28 Struktur der Carotinoide Konjugierte Doppelbindungen ermöglichen die Anregung von Elektronen zwischen 400 und 500 nm (blauer Bereich)

29 Vitamin A und Retionol Die meisten Tiere spalten ein Molekül ß-Carotin in zwei Moleküle Vitamin A Durch Oxidation der Alkoholgruppe zur Aldehydgruppe entsteht Retinal, das essentielle Sehpigment.

30 Bei der Umwandlung der Energie von 4 roten Photonen können 38% der Energie in Form von NADPH + H und ATP gespeichert werden. Kann die Energie von 4 blauen Photonen mit dem gleichen Wirkungsgrad umgewandelt werden?

31 Zyklischer Elektronentransport Herstellung einer PMK zur ATP Gewinnung

32 Zyklischer Elektronentransport führt zur PMF Œ Ž Ž ž œ œ Ÿ ŒŒ Ž š Œ Œ Œ Ž Ÿ œ Š Ž ˆ Š

33 Schwefelpurpurbakterien H S wird zu Schwefel oxidiert, der in Form von Schwefelkügelchen akkumuliert. Die Übertragung der Elekronen auf NAD erfolgt mit Hilfe der Energie des Protonengradienten (aus dem cyklischen Elektronentransport. Die Reduktionsequivalente werden zur Reduktion des Kohlendioxids benötigt.

34 Grüne Schwefelbakterien Elektronenlücke des Photosystems wird durch die des H Elektronen S geschlossen. Da der Elektronensog des Schwefels nicht so stark ist wie der des Sauerstoffs, wird nur ein Photosystem benötigt, d.h. 2 Photonen reichen, um ein Molekül NAD zu reduzieren. Nicht-zyklischer Elektronentransport

35 + 6 O + 6 H O O Photosynthese ohne Sauerstoffentwicklung H 6 CO + 12 S + 6 H O + 12 H O C 6 CO O + 12 H S C H + 12 X + 6 H O 6 CO + 12 H X C O H

36 ² Hill-Reaktion ² ² ³± ± ª ««¼ «²»»º ¹º ± µ Ð ± Ï ¾»«À µ» Á Ñ ²» µ ¾² Á λ à ÄŠ» µ»² ² ÀÁ «²± ²»À ¼»» ½ ¾ ÄÍ Ë Ìª Ê É È»«À»»Ç»À Ʊ º ² Ó Ä À » ¾ à ÄÉ Â» ² ² ³± ± ¹ ¾ Ò» ¾»Ç»ÀÉ Æ± º ¹»À ¼ ¾²  «¹»«² Ô»²²»»«¾ É Ó Ö ² ³± µ ²»» À» ¼Ñ Ë ² Õ À µ»² Ô ¼ Á ¼»± µ ¾À ² Á ºº Ð À ± Ï ¾»«À Ì»«Ó Ö ¹»º