Einführung in die Biochemie Fotosyntheseleistung

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1 Fotosyntheseeistung Bei hoher Lichtintensität iegt Lichtüberschuss vor und die CO 2 Konzentration ist der begrenzende Faktor. Die Kurve zeigt die typischen Kennzeichen einer enzymatisch gesteuerten Reaktion. Bei niedriger Lichtintensität ist die Lichtmenge der begrenzende Faktor. Die Fotosyntheserate ist unter diesen Bedingungen temperaturunabhängig. Temperaturunabhängigkeit ist das typische Kennzeichen Fotochemischer Prozesse. Die Fotosynthese veräuft über zwei unterschiediche Reaktionsstufen: fotochemische Primärprozesse werden as Lichtreaktion zusammengefasst; enzymatisch gesteuerte Sekundärprozesse as Dunkereaktion 7

2 - Stabiisierung der Redoxenergie Einführung in die Biochemie Fotosynthese - Lichtreaktionen Mit der Fotooxidation (vorherige Foie) wird eine Foge von Reaktionsschritten gestartet, die die Lichtenergie in Form von ATP und NADP 2 stabiisiert. Die Gesamtheit der von den Fotosystemen bzw. ausgehenden Teireaktionen nennt man Lichtreaktion i bzw. Lichtreaktion. Lichtreaktionen der Fotosynthese Lichtreaktion P* 680 ADP ADP+ P P* 700 Lichtreaktion NADP 2 Dunkereaktion Cavin- Zycus 2 2 O Fotoyse P 680 /P P 700 /P Fotosystem 4 e O 2 Fotosystem NADP 2 e P nichtzycischer Eektronentransport cykischer = Farbstoffmoekü 10

3 Fotosynthese - Lichtreaktionen Lichtreaktion - P* 700 gibt ein Eektron schrittweise zum Koenzym NADP ab weches zu NADP 2 reduziert wird NADP NADP ; 2 NADP + 2 e NADP 2 NADP 2 wird in der Dunkereaktion as Reduktionsäquivaent gebraut. Die Lichtreaktion ist beendet, hinterässt aber im Reaktionszentrum am P ein Eektronendefizit, weches auf zwei Arten ausgegichen werden kann. - beim nichtzykischen Eektronentransport kommen sie aus der Wasserspatung der Lichtreaktion - beim zykischen Eektronentransport können sie können sie über die Lichtreaktion wieder dem Fotosystem zugeführt werden. Lichtreaktion Diese Reaktion regeneriert Fotosystem und iefert indirekt Energie für den Aufbau von ATP. Das Fotosystem wird durch Eektronenabzug bei der Wasserspatung regeneriert. Die Proteine, die die Fotoyse des Wassers durchführen gehören zum Fotosystem. Die Fotoyse wird durch das Oxidationsmitte P ausgeführt. 11

4 Fotosynthese - Dunkereaktionen Die Dunkereaktionen aufen im Stroma des Choropasten ab. Sie biden eine Kreisprozess; den Cavin Zykus. Dabei ist die Umwandung von Kohenstoffdioxid in Kohenhydrate ein zentraer Bestandtei. Endprodukte sind exosen, wie Gukose, die dann in Stärke umgewandet wird. m Cavin Zykus unterscheidet man drei wesentiche Schritte: m ersten Schritt wird CO 2 an einen Kohenstoffdioxidakzeptor gebunden, den C 5 -Körper Ribuos1,5-diphosphat. Das instabie Zwischenprodukt zerfät unter Wasserverbrauch zu zwei Moeküe Gycerinsäur3-phosphat. m zweiten Schritt wird Gycerinsäur3-phosphat in Gycerinadehyd-3-phosphat reduziert. Dieser -Körper ist ein Triosephosphat. Für die Reaktion wird das in der Lichtreaktion aufgebaute NADP 2 benötigt. Die Energie iefert ATP. Ein sechste der gebideten Körper wird nun für die Stärkesynthese aus dem Cavin Zykus ausgegiedert, der Rest wird zu Ribuos1,5-diphosphat recycet Die Bianzgeichung des Cavin Zykus in der Fotosynthese autet: 6 CO NADP ATP C 6 12 O O + 12 NADP + 18 ADP + 18 P 14

5 C = O Einführung in die Biochemie Fotosynthese - Dunkereaktionen Bidung von Gycerinsäur3-phosphat im Cavin-Zykus aus Kohenstoffdioxid und Ribuas1,5-diphosphat. Ribuos1,5- diphosphat CO 2 O C COO C = O nstabies Zwischenprodukt 2 O Reduktion von Gycerinsäur3-phosphat im Cavin-Zykus COO Gycerinsäur3-phosphat NADP 2 NADP COO ATP ADP + P Gycerinsäur3-phosphat + 2 O CO Gycerinadehyd-3-phosphat 15

6 Fotosynthese - Dunkereaktionen Vereinfachte Darsteung des Cavin-Zykus C 1 CO 2 (6 Moeküe) Ribuos1,5-diphosphat (6 Moeküe) C 5 C 6 nstabies Zwischenprodukt (6 Moeküe) 6 ADP + 6 P 6 ATP Gycerinadehyd-3-phosphat (10 Moeküe) Gycerinsäur3-phosphat (12 Moeküe) 12 ATP 12 ATP + P 12 NADP 2 Gycerinadehyd-3-phosphat (2 Moeküe) 12 NADP Gycerinadehyd-3-phosphat (12 Moeküe) Gucose (1 Moekü) C 6 Stärke 16

7 Fotosynthese - Gesamtbianz Die Addition der Bianzgeichungen von Licht- und Dunkereaktion führt zur Bruttogeichung der Fotosynthese. Reae Bruttogeichung der Fotosynthese 6 CO O C 6 12 O O + 6 O 2 = 2880 kj mo -1 Die Gesamtbianz der Fotosynthese formuiert man aso am besten so: Zur Synthese eines Moeküs Gukose C 6 12 O 6 werden sechs Moeküe Kohenstoffdioxid und zwöf Moeküe Wasser verbraucht. Man erhät neben Gukose sechs Moeküe Sauerstoff und sechs Moeküe Wasser. As Wasserstoffüberträger und Überträger der Lichtenergie dienen dabei zwöf Moeküe NADP/NADP 2 und 18 Moeküe ADP/ATP. 17