Enthalpie. Ob eine Reaktion exergonisch ist, entscheidet die Änderung des Wärmeinhalts (heat content) H = Enthalpie

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2 Enthalpie Ob eine Reaktion exergonisch ist, entscheidet die Änderung des Wärmeinhalts (heat content) H = Enthalpie C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO H 2 O H = kj/mol - bei exergonischen Reaktionen

3 Entropie Außer Gewinn oder Verlust von Wärme bestimmt ein weiterer Faktor die Richtung der Reaktion: Entropie Maß für die Unordnung Beispiel Wasser: Eis zu Wasser, Flüssig zu Dampf sind beide endergonisch. Unter geeigneten Umständen verlaufen sie spontan; verantwortlich: Entropie

4 Entropie Eis zu Wasser, Wasser zu Dampf: Unordnung nimmt zu Grad der Unordnung bei vielen kleinen Gegenständen größer Änderung der Entropie: S

5 Energietransfer Reversible Festlegung der Energie

6 ATP

7 + H 2 O - H 2 O Adenin-Ribose-P~P~P ATP Adenin-Ribose-P~P+P i ADP

8 Energieübertragung A + B ATP G + H exergonisch - G 0 endergonisch + G 0 C + D ADP + P i E + F

9 Phosphorilierung Übertragung des Phosphatrestes Substrate werden aktiviert ATP treibt endergone Reaktionen durch Phosphorylierung an, indem ein Phosphorylrest auf ein anderes Molekül übertragen wird Das Empfängermolekül ist nun phosphoryliert

10 Biokatalyse Organische Substanzen sind metastabil Aktivierungsenergie Katalyse

11 Enzyme Wirkungsspezifität Substratspezifität Gruppenspezifität Wirkungsgruppe: aktiv beim Katalysegeschen (aktive u. passive Form) Holoenzym: Apoenzym + prosthetische Gruppe; benötigen 2 Substrate Coenzym: prosthetische Gruppe nicht fest (Co- Substrate); benötigen 2 Apoenzyme Aktives Zentrum Induced fit - Hypothese

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16 Cosubstrat Prosthetische Gruppe

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18 Funktionstypen Oxidoreduktasen Transferasen (Hexokinase) Hydrolasen Lyasen Isomerasen Ligasen

19 Regulation der Enzymaktivität Temperatur ph-wert Allosterische Hemmung Kompetitive (Isosterische) Hemmung 2 Substrate konkurrieren Spezielle Mechanismen

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22 Isoenzyme Gleiche Funktion, unterschiedliche Struktur Dienen der Feinregulation von Syntheseschritten

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24 Coenzyme (Beispiele) Nicotinamid-adenin-dinucleotid NAD, Nicotinamidadenin-dinucleotid -Phosphat, (Coenzyme von Dehydrogenasen) NADP Flavin-adenin-dinucleotid FAD; ebenfalls Wasserstoffüberträger

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27 Multienzymkomplex Mehrere Enzyme, die verschiedene, aufeinanderfolgende Schritte einer Reaktionskette katalisieren Sind in einer strukturellen und funktionellen Einheit zusammen-gefaßt (Fettsäuresynthese)

28 Das aktive Zentrum ist die katalytisch wirksame Region eines Enzyms Herabsetzen der Aktivierungsenergie: Bildet eine passende Tasche für die Substrate und bringt sie dadurch in der richtigen Orientierung zusammen; oder Bindet so an das Substrat, dass dessen relevante Bindungen geschwächt werden Bietet eine geeignete Mikroumgebung

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30 Energiefluss Sonne (Fusion: H zu He), jährlich 54, J; 1 Million Hiroshima Bomben täglich 1/3 reflektiert, 1% von Pflanzen aufgenommen

31 Photosynthese Strahlungsenergie wird absorbiert und in eine chemische Bindung überführt Abspaltung von Wasserstoff aus dem Wasser unter Freisetzung von Sauerstoff Wasserstoff wird auf Kohlendioxid übertragen (Akzeptor)

32 Bruttoformel h. 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2 + 6H 2 O G kj

33 Nachweise CO 2 : CO 2 -freie Atmosphäre, Pflanzen verkümmern; Manometrie; 14 CO 2 ; URAS Sauerstoff: Wasserpflanzen; Manometrie; Isotopen Kohlenhydrate: Stärkenachweis

34 A B

35 Chloroplasten Chloroplastenhülle Thylakoide Stroma DNA Assimilations (=autochthone) Stärke

36 Chlorophyll Porphyrinring (4 Pyrrolringe + Mg) Isozyklischer Pentanonring Propionsäure Phytol

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39 Strahlungsabsorption 1 m² Blattfläche ca. 1 g Kohlenhydrat/h Chloroplastenpigmente Absorptionsspektrum Aktionsspektrum Engelmann - Versuch

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43 Licht- und Dunkelreaktionen Absorption eines Lichtquants: Chlorophyll a angeregt; kann als Wärme verloren gehen, oder rotes Fluoreszenzlicht, oder Lichtreaktionen Reduktionsäquivalente werden zum Kohlenhydrataufbau genutzt

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46 Lichtreaktionen Chlorophyll a geht in einen angeregten Zustand über Nur wenige Chlorophyll a Moleküle sind photosynthetisch aktiv: Reaktionszentren (RC) Restliche Chlorophyll a, Chlorophyll b, Carotinoide: Antennenpigmente und lightharvesting-complex (LHC); Pigment- Proteinkomplexe;

47 Energieübertragung Resonanzübertragung mehr als 2 nm entfernt, Absorptionsspektrum des 2. Pigments muss sich mit Fluoreszenzspektrum des 1. überlappen Excitonentransfer bei kleineren Abstand; 2-Teilchenzustand; angeregtes e - und positives Loch ; Rotverschiebung zum aktiven Zentrum hin

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49 2 Photosysteme Emmerson Effekt: Licht einzeln (ca. 680 nm und 700 nm) und gemeinsam: gemeinsam mehr Effekt als einzeln; daher: 2 Lichtreaktionen, gekoppelt

50 Photosynthese (relativ) Emmerson Effekt 1,5 1,25 1 Steigerung 0,75 0,5 0, nm nacheinander nm gleichzeitig 0 1 2