Photosynthese - Hill Reaktion. 1 Theoretischer Hintergrund - 2 -

Transkript

1 INHALTSVERZEICHNIS 1 Theoretischer Hintergrund Aufbau der Chloroplasten Die Photosysteme Lichtreaktion (Primärvorgang der Photosynthese) Der nichtzyklische Elektronentransport Zyklischer Elektronentransport Mechanismus der ATP- Synthese Emerson- Effekt Die Dunkelreaktion Photorespiration Die verschiedenen Anpassungswege der Pflanzen C 3 Pflanzen C 4 - Pflanzen CAM- Pflanzen (Crassulacean Acid Metabolism) Material und Methoden Ergebnisse Diskussion Literaturangaben

2 1 Theoretischer Hintergrund Die Photosynthese ist so wichtig, weil es ohne sie kein Leben auf der Erde gäbe. Nur sie macht die Umwandlung der Strahlungsenergie unserer Sonne in für die Lebewesen nutzbare Energie möglich. Dabei werden von chlorophyllhaltigen Lebewesen unter Lichteinwirkung organische Stoffe gebildet, der dann wieder von anderen Lebewesen genutzt werden kann. Die Lichtenergie direkt kann nur von autotrophen Organismen genutzt werden, da sie ihre benötigte Energie aus der Umsetzung anorganischer Substanzen gewinnen (Assimilation) können. Außerdem sorgen sie für eine beständige O 2 -Konzentration in der Luft von 21%. Heterotrophe Organismen können dagegen organische Stoffe nicht selbst produzieren, sondern müssen auf organische Stoffe zurückgreifen, die andere Organismen hergestellt haben. 1.1 Aufbau der Chloroplasten Die Photosynthese findet in speziellen Plastiden, den Chloroplasten statt, diese kommen hauptsächlich in den Blättern aber auch im Stiel und anderen Teilen der Pflanze vor und befinden sich dort in den Mesophyllzellen. Sie entstehen unter Lichteinwirkung aus Proplastiden. Dabei kommt es zu vielen Einstülpungen der inneren Membran in das Stroma, die Thylakoide genannt werden. Dicht gestapelte Thylakoidbereiche sind Grana. Abb. 1: Der Chloroplasten Aufbau [Campbell: Biologie; 2.korrigierter Nachdruck; 2000] Laut der Endosymbionten Theorie waren Chloroplasten ursprünglich Cyano- Bakterien, die in ein anderes Bakterium einwanderten um nun symbiontisch zu leben

3 Man geht davon aus, dass es sich um Cyanobakterien handelt, da diese nicht nur die einzigen Bakterien mit Chlorophyll a und b sind, sondern auch das Photosystem Ι und ΙΙ besitzen und somit oxygene Photosynthese betreiben können. Das Photosystem 1 ist in der Stromamembran, das Photosystem 2 in der Granamembran lokalisiert. 1.2 Die Photosysteme Um Lichtenergie in chemische Energie effektiv umwandeln zu können benötigen Pflanzen sogenannte Licht-Einfang-Komplexe, Light-Harvesting-Complexes (LHC). Diese Komplexe bestehen aus Antennenpigmenten, die trichterförmig um ein Zentrum herum angelagert sind. Sowohl bei Photosystem I als auch bei Photosystem II sind die zentralen Pigmente aus Chlorophyll a, der Unterschied der beiden Zentren liegt nur daran, dass sie an unterschiedliche Proteine gebunden sind. Die Antennenpigmente bei PS I und PS II bestehen aus unterschiedlichen Pigmenten, die verschiedene Absorptionsmaxima haben und strukturelle Unterschiede aufweisen. Der LHC 2 des PS II ist hauptsächlich in die Grana-Thylakoid-Membran eingebaut, wogegen der LHC 1 vorwiegend in die Membran der Stroma-Thylakoide eingelagert ist. Die Antennenpigmente sind ihrem Redoxpotential nach angeordnet. Die Pigmente, die am nächsten zum Zentrum stehen, besitzen das höchste Redoxpotential. Sie dienen zum Schutz vor Photooxidation bei zu hohem Lichteinfall, bei geringer Sonneneinstrahlung fangen sie Licht auf und leiten es zum Reaktionszentrum weiter, umso die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass genügend Licht für die Photosynthese zur Verfügung steht. Diese Weiterleitung von Licht ins Reaktionszentrum, welche als Lichtsammelreaktion bezeichnet wird, läuft folgendermaßen ab: Fällt Licht auf ein oder mehrere Antennenpigmente, werden deren Elektronen angeregt. Diese aufgenommene Energie wird durch den Excitonentransfer an Nachbarpigmente weitergegeben bis hin zum Reaktionszentrum, wo dann das Chlorophyll a angeregt wird und sein Elektron in ein höheres Energieniveau gehoben wird. Unter Excitonentransfer versteht man einen strahlungslosen Energietransfer von den Antennenpigmenten zum Zentrum. Beispiele für Pigmente sind: - 3 -

4 Chlorophyll a, b Sie bestehen aus einem Porphyrinringsystem, in dessen Zentrum ein Mg 2+ -Ion eingelagert ist. Das Doppelbindungssystem verursacht die Färbung des Pigments, da durch dieses Doppelbindungssystem die Elektronen leicht angeregt werden können, da die Elektronen bereits delokalisiert vorliegen. Ihr Absorptionsmaximum liegt im Bereich 400 bis 480 nm und 550 bis 700 nm. Zudem besitzen beide noch einen lipophilen Phytolschwanz. Der Unterschied der beiden liegt nur darin, dass Chlorophyll a eine Methylgruppe und Chlorophyll b eine Aldehydgruppe besitzt. Abb.2: ( Um das Lichtspektrum nicht nur in den Absorptionsbereichen der Chlorophylle verwenden zu können, haben die Pflanzen noch andere Pigmente, wie die Carotinoide und die Xanthophylle. Sie haben ihr Absorptionsspektrum in den Lücken der Chlorophylle. Wie zum Beispiel das β-carotin, welches sein Absorptionsspektrum zwischen nm hat. Weitere photosynthetisch aktive Pigmente sind z.b. Bacteriochlorophylle, welche den ultravioletten (300nm bis 400nm) und infraroten Bereich (800nm bis 900nm) des Spektrums nutzen können. Diese besonderen Chlorophylle findet man wie der Name bereits sagt nur in Bakterien. Auch Phycobiliproteide (wie Phycocyane und Phycoerythrine), die ebenfalls als Photosynthesepigmente fungieren können, findet man nicht in Pflanzen, sondern nur in Cyanobakterien, Rotalgen und Cryptophyteen

5 1.3 Lichtreaktion (Primärvorgang der Photosynthese) Unter Lichteinstrahlung wird im Photosystem I (PS I) die erste Lichtreaktion, im Photosystem II (PS II) die zweite Lichtreaktion ausgelöst, indem beide Photosysteme in einen energiereicheren Zustand versetzt werden. Durch diese Energiezunahme und der Ausbildung eines Protonengradienten wird die Synthese von ATP und NADPH/H + angetrieben, indem die energiereichen Elektronen über Photo- und Redox- Systeme transportiert werden. Dabei fungiert z.b. NADP als Elektronentransportmittel. Hierbei stehen den Elektronen zwei Wege offen Der nichtzyklische Elektronentransport Beim nichtzyklischen Elektronentransport werden die Elektronen, die von den Pigmentmolekülen abgegeben werden, nicht zu ihrem Ausgangsort zurücktransportiert. Absorbiert das Photosystem II das Licht, so wird das sich im Reaktionszentrum befindende Chloropyll a, auf ein höheres Energieniveau gebracht. Dadurch werden zwei Elektronen freigesetzt, die von einem primären Elektronenakzeptor, dem Pheophytin a, eingefangen werden. Das durch das Licht oxidierte Chlorophyllmolekül weist nun eine Elektronenlücke auf, welche durch die Photolyse des Wassers wieder aufgefüllt wird. Bei dieser lichtinduzierten Wasserspaltung entstehen pro Wassermolekül zwei Protonen, zwei Elektronen und ½ O 2. Die zwei Elektronen werden vom Pheophytin über ein fest gebundenes Plastochinon Q A auf das reversibel gebundene Plastochinon Q B übertragen, welches sich nach Anlagerung von zwei Protonen in Plastohydrochinon umwandelt. Dieses Plastohydrochinon löst sich vom PS II ab und bindet an einen Cytochrom b 6, f- Komplex, wobei die zwei Elektronen an diesen Komplex übertragen werden. Die Verbindung zwischen dem Cytochrom b 6, f-komplex und dem PS I bildet Plastocyanin, welches die Elektronenlücke, die durch die erste Lichtreaktion im PS I entstanden ist wieder auffüllt. Absorbiert das PS I das Licht, so wird wie beim PS II das Chloropyll a auf ein höheres Energieniveau gebracht, wodurch ebenfalls Elektronen abgegeben werden. Diese Elektronen werden zuerst auf ein noch nicht genau identifiziertes Akzeptormolekül übertragen, welches unter Mitwirkung eines Eisen- Schwefel

6 Komplexes Ferredoxin reduziert. Dieses wiederum überträgt die Elektronen auf die Ferredoxin- NADP- Reduktase, die durch Anlagerung von zwei Protonen NADP + zu NADPH/H + reduziert. Abb. 3: Der nichtzyklische Elektronentransport [Campbell: Biologie; 2.korrigierter Nachdruck; 2000] Diese auf diesem Weg gebildeten Produkte (siehe folgende Reaktionsgleichung) werden bei der anschließenden Dunkelreaktion, in dessen Verlauf die Synthese von Zucker erfolgt, benötigt. 12 H 2 O + 18 ADP + 18 P i + 12 NADP + Licht 6 O ATP + 12 NADPH/H Zyklischer Elektronentransport Da bei der Dunkelreaktion mehr ATP als NADH/H + benötigt wird, können die Elektronen zusätzlich noch den zyklischen Elektronentransport durchlaufen, der allerdings nur beim PS I vorhanden ist. Und falls bei der Dunkelreaktion das beim nichtzyklischen Elektronentransport gebildete ATP ausgeht, so liegt ebenfalls eine höhere Konzentration von NADPH/H+ als von ATP vor. Dadurch wird die Pflanzenzelle veranlasst, auf zyklischem Weg mehr ATP zu produzieren. Hierbei werden die Elektronen von Ferredoxin auf den Cytochrom b 6, f- Komplex übertragen. Dadurch wird Plastochinon zu Plastohydrochinon reduziert, welches die Elektronen zum PS I weiterleitet

7 1.3.3 Mechanismus der ATP- Synthese Sowohl beim nicht- zyklischen, wie auch beim zyklischen Elektronentransport erfolgt eine als Photophosphorylierung bezeichnete ATP- Synthese, deren genauer Mechanismus noch nicht geklärt ist. Allerdings geht man davon aus, dass sie im Wesentlichen auf der chemiosmotischen Theorie, welche von MITCHELL formuliert wurde, beruht. Die beiden PS liegen so in der Tylakoidmembran, dass die Elektronendonatoren auf der Innenseite und die Akzeptoren auf der Stromaaußenseite liegen. Daraus folgt, dass während der Lichtreaktion Elektronen durch die Tylakoidmembran von innen nach außen transportiert werden, wodurch sich Protonen an der Innenseite anlagern und sich ein Protonengradient ausbildet. Der Abbau des Protonengradienten erfolgt über eine ATP- Synthetase, welche Protonen von innen nach außen pumpt und dadurch ATP synthetisiert Emerson- Effekt In diesem Experiment wurde die Zusammenarbeit des ersten und zweiten Photosystems mit Hilfe der Quantenausbeute (mol O 2 pro mol Quanten) bewiesen. Bei der Bestrahlung mit Licht der Wellenlängen 650 und 700nm wurde eine höhere Quantenausbeute ermittelt, als wenn man Pflanzen nacheinander mit 650 und mit 700nm bestrahlt hat. 1.4 Die Dunkelreaktion Die Photosynthese besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil ist die Lichtreaktion (der Photo-Teil) und der zweite Teil ist die sogenannte Dunkelreaktion (der Synthese- Teil). Dieser Synthese-Teil der Photosynthese ist, nach Melvin Calvin, als Calvin Zyklus benannt. Außerdem findet er im Stroma der Thylakoide statt. Den Calvin- Zyklus kann man in drei Abschnitte unterteilen. Er beginnt mit der Fixierung von CO 2, welches durch die Spaltöffnungen der Pflanze aufgenommen wird, durch Rubisco. Rubisco ist ein Enzym, Ribulose-bisphosphat-Carboxylase- Oxygenase, welches die Carboxylierung von RbuP katalysiert. Folglich benötigt man für die CO 2 -Fixierung kein Licht. Es entsteht ein instabiles C6-Molekül, welches in zwei 3-Phosphoglycerat (C3- Moleküle) zerfällt. Dieses Phosphoglycerat wird unter ATP-Verbrauch phosphoriliert zu 1,3-Bisphosphoglycerat und anschließend mit den Reduktonsäquivalenten NADPH als Reduktionsmittel, welche aus der Lichtreaktion stammen, zu - 7 -

8 Glycerinaldehyd-3-Phosphat (GAP) reduziert. Diese Reduktion ist der zweite Schritt des Calvin Zyklus. Die vorhergegangene Phosphorilierung liefert die Energie für die Reduktion. Dieses GAP wird dem Zyklus entzogen. Das GAP dient als Ausgangsstoff für die Synthese von Zucker und anderen organischen Molekülen. Es wird aber nicht das gesamte GAP verbraucht, sondern ein bestimmter Anteil dient zur Regeneration des CO 2 -Akzeptors, dem RuBP. Diese Regeneraton stellt die dritte Phase des Zyklus dar. In dieser Phase wird GAP durch ATP-Verbrauch (6 ATP bei 10 GAP-Molekülen) phosphoryliert und die Moleküle von 10 GAP werden so umgeordnet, dass von Ribulose-1,5-bisphosphat wieder 6Moleküle hergestellt werden. Bilanz des Calvin-Zyklus: 6 CO NADPH/H ATP C 6 H 12 O NADP ADP + P i + 6 H 2 O Photorespiration Rubisco hat eine bemerkenswerte Eigenschaft in seiner Struktur. Dieses Enzym kann am selben katalytisch aktiven Zentrum nicht nur CO 2 binden, sondern auch O 2, und als Substrat umsetzen. Sind z.b. an heißen Tagen die Spaltöffnungen der Pflanzen geschlossen, um einen zu hohen Wasserverlust zu vermeiden, steigt der Sauerstoffpartialdruck in den Blättern stark an und es bindet sich auch Sauerstoff an den CO 2 -Akzeptor. Dies hat zur Folge, dass O 2 verbraucht wird und CO 2 produziert wird. Diesen Prozess nennt man Photorespiration, da sie bei Licht stattfindet und (Respiration = Atmung) der Zellatmung gleicht. Der Unterschied zwischen Zellatmung und Lichtatmung ist aber, dass bei der Lichtatmung kein ATP produziert wird. Die Photorespiration behindert zudem noch die Photosynthese, da sie organische Stoffe aus dem Calvin Zyklus entzieht. 1.5 Die verschiedenen Anpassungswege der Pflanzen C 3 Pflanzen In Mitteleuropa nutzen die meisten Pflanzen den Calvin Zyklus (s. Abschnitt 1.4.) für die erste Fixierung von CO 2, während dessen ein stabiler C3 Körper entsteht (=> C 3 Pflanze)

9 Da C 3 Pflanzen um Photosynthese betreiben zu können, ihre Spaltöffnungen geöffnet lassen müssen, haben sie in heißen Gegenden das Problem, das dadurch starke Wasserverluste durch Verdunstung drohen. Machen sie die Stomata aber zu, verlangsamt sich der Calvin Zyklus und O 2 wird anstatt CO 2 an Ribulose-1,5- biphosphat geknüpft. Durch diese Oxidation zerfällt das Molekül. Die dabei entstandene Glycolsäure wird über die Peroxisomen ins Mitochondrium transportiert. Dabei entstehen CO 2, Serin und Glycin. Bei langen Trockenperioden hat die Pflanze deshalb das Problem, das sie verhungert. Darum wurden unterschiedliche Strategien entwickelt, um in extremen Gegenden überleben zu können, wie.z.b. eine hohe Austrocknungstoleranz, Xeromorphie, Sukkulenz, C 4 Photosynthese oder die verlegung der Photosynthese in die kühlere Nacht, wie bei den CAM Pflanzen C 4 - Pflanzen Charakteristisch für die C 4 - Pflanzen sind die Bündelscheiden, die die Leitbündel kranzförmig umgeben und deren Chloroplasten keine Granabereiche besitzen. Bei dieser Variation der CO 2 - Fixierung erfolgt der primäre CO 2 - Einbau und die damit verbundene Bildung von Malat in den Mesopylzellen, die den Bündelscheiden benachbart sind, statt. Diese CO 2 - Fixierung wird durch die PEP- Carboxylase, die das CO 2 an PEP bindet (PEP= Phosphoenolpyruvat), katalysiert. Durch diese Anlagerung entsteht ein C 4 - Körper, das Oxalacetat, welches durch die Reduktion von NADPH/H + zu Malat umgewandelt wird. In den Bündelscheidenzellen wird das gebildete Malat in CO 2 und Pyruvat gespalten, wobei sich das Pyruvat durch Phosporylierung zu PEP regeneriert und das CO 2 in den Calvin- Zyklus eingeleitet wird. Diese Art der CO 2 - Fixierung mit Hilfe der PEP- Carboxylase ist ein Weg der Photorespiration entgegenzuwirken. Denn auf Grund der höheren Affinität der PEP- Carboxylase zu CO 2 im Gegensatz zu RUBISCO, ist gewährleistet, dass immer genügend CO 2 in den Calvin- Zyklus eingeschleust wird oder in Form von Malat, Aspartat gespeichert vorliegt

10 1.5.3 CAM- Pflanzen (Crassulacean Acid Metabolism) Diese Variante des CO 2 - Einbaus über C 4 - Dicarbonsäuren wurde bei der Familie der Crassulaceen (Dickblattgewächse) entdeckt und stellt eine Anpassung von Pflanzen, die an trockenen und heißen Standorten wachsen, dar. Auf Grund des Wassermangels und der hohen Temperaturen, und dem damit verbundenen Transpirationsanstieg, sind die Spaltöffnungen der Pflanzen am Tag geschlossen. Während der Nacht, die niedrigere Temperaturen und eine relativ höhere Luftfeuchtigkeit aufweist, nehmen die Pflanzen CO 2 auf und fixieren diesen mit Hilfe der PEP- Carboxylase an PEP. Das gebildete Oxalacetat wird nun als Malat, Aspartat oder in Form von anderen Carbonsäure- Anionen gespeichert. Während des Tages läuft die Lichtreaktion ganz normal ab und es wird ATP und NADPH/H + gebildet mit dessen Hilfe die gespeicherten Carbonsäure- Anionen weiter in Zucker umgewandelt werden. Der Hauptunterschied zwischen C 4 - und CAM- Pflanzen ist, das bei den CAM- Pflanzen die CO 2 - Fixierung zeitlich von der Zuckersynthese getrennt ist

11 2 Material und Methoden Hintergrund des Versuchs Das die Chloroplasten der Ort der Photosynthese sind, kann über die Teilreaktion der Photolyse (s. Abschnitt ) nachgewiesen werden. Dies wurde schon von R. Hill im Jahre 1937 beobachtet, deshalb auch Hill Reaktion. Normalerweise reduzieren die freigesetzten e - den primären e - -Akzeptor im Photosystem II, der dadurch regeneriert wird und erneut e - in die Elektronentransportkette abgeben kann. Da isolierten Chloroplasten dieser e - - Akzeptor nicht zur Verfügung steht, kann man stattdessen Fe 3+ oder (wie hier) DCPIP (Dichlor Phenol Indophenol) als Oxidationsmittel anbieten. Durch Reduktion verliert der violett-blaue Farbstoff seine Färbung, die mit einem Spektralphotometer quantitativ gemessen werden kann, denn die Umsetzung zur reduzierten Form ist proportional zur Aktivität der Chloroplasten. Im Versuch soll so die Aktivität der Chloroplasten unter verschiedenen Bedingungen (belichtet, unbelichtet, Kochen, Hemmung) beobachtet und in ein Diagramm eingetragen werden. Zellfraktionierung für die Chloroplastensuspension 10 g Spinat (junge Blätter, ohne Stiel) werden mithilfe von Quarzsand im gekühlten Mörser zerrieben, bis sich eine homogene Suspension mit den 10 ml beigegebener Saccharose-Lösung (0,5 M) ergibt. Die Suspension wird nun filtriert und das gewonnene Filtrat für 5min bei 1000 U/min zentrifugiert. Dieser erste Überstand wird zuerst 7 min und der zweite Überstand dann nochmal für 3 min bei 3500 U/min zentrifugiert. Die Chloroplastenfraktion davon wird auf zwei Reagebzgläser aufgeteilt, in denen sich schon jeweils 4,5 ml Propylenglycol-Lösung befinden. Diese Mischung wird ein letztes Mal zentrifugiert (3min bei 1000U/min), um noch enthaltenen Quarzsand zu entfernen. Ansetzen der verschiedenen Reaktionslösungen

12 In insgesamt 9 Reagenzgläser werden jeweils 9 ml Pufferlösung (0,4 M Kaliumphosphatpuffer + 0,08 M KCl) und 1ml Chloroplastensuspension zusammen mit folgenden Proben angesetzt: A 1, 2 gekocht belichtet B 1, 2 ungekocht belichtet C 1, 2 ungekocht unbelichtet D 1, 2 ungekocht belichtet, mit DCMU E Standard aus Puffer und Chloroplastensuspension Zu jedem RG ausgenommen E werden 0.6ml der DCPIP-Lsg. gegeben. Ansatz A wird nach der ersten Messung der Extinktion im heißen Wasserbad gelagert, die RG von Ansatz C sollten zum Lichtschutz mit Alufolie umwickelt und solange man sie nicht braucht im Schrank aufbewahrt werden. Bei der Arbeit mit Ansatz D werden wegen der Reaktivität des Hemmstoffes DCMU Handschuhe getragen. Photometrische Bestimmung Um die Umsetzung des Farbstoffs über die Zeit zu bestimmen, wird alle 10min von jeder Probe die Extinktion E bei 600 nm photometrisch bestimmt, nachdem mit Ansatz E als Nullwert kalibriert wurde. Da der Stoffgehalt laut dem Lambert-Beer- Gesetz ( E = ε c d ) direkt proportional zur Extinktion E ist, kann E in einem Diagramm gegen die Zeit aufgetragen werden, um die Umsetzung des DCPIP (-> Änderung der Farbstoffmenge) im Laufe der Zeit zu zeigen

13 3 Ergebnisse Zu Beginn der Messungen wurde die Suspension A sichtbar zu wenig im Vertikutierer geschüttelt, denn es waren noch zwei Phasen zu erkennen. Außerdem wurde im Laufe des Versuchs deutlich, das sich die Werte nicht so wie erwartet entwickeln, deshalb wurde nach der vierten Messung abgebrochen. Tab.1: Extinktionswerte der Chloroplastensuspensionen A 1 A 2 A MW B 1 B 2 B MW C 1 C 2 C MW D 1 D 2 D MW 0 1,337 0,7 1,019 0,79 0,813 0,802 0,674 1,32 0,997 0,465 0,688 0, ,447 0,365 0,406 1,257 1,191 1,224 0,905 1,371 1,138 1,175 1,33 1, ,255 0,386 0,321 1,336 1,375 1,355 0,991 1,468 1,229 1,26 1,377 1, ,435 0,482 0,459 1,422 1,439 1,431 1,104 1,466 1,285 1,295 1,366 1,331 Aus den restlichen Werten wurde folgendes Diagramm erstellt: 1,6 Kurvenverlauf der Proben Extinktion 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Ansatz A Ansatz B Ansatz C Ansatz D 0, Zeit [min] Diagramm 1: Kurvendarstellung der Werte Die Kurve zu Ansatz A (gekocht, belichtet) ist am Anfang relativ hoch, fällt dann aber stark ab um dann etwa gleich zu bleiben. Ansatz B (ungekocht, belichtet) steigt zunächst stark an, um nach der zweiten Messung nur noch leicht zu steigen

14 Die Extinktionswerte des zwar auch ungekochten aber unbelichteten Ansatz s C stiegen leicht aber stetig an. Und die Kurve zu Ansatz D (mit Hemmstoff) hatte zu Anfang einen sehr niedrigen Wert, der dann bei der zweiten Messung sehr hoch wurde und da auch blieb. 4 Diskussion Unsere ermittelten Versuchsergebnisse entsprechen bei keinem Ansatz den Erwartungen. Normalerweise hätten bei der ersten Messung die Extinktionswerte bei allen vier Proben gleich sein müssen, da die erste photometrische Bestimmung sofort nach der Zugabe des Farbstoffs durchgeführt wurde. Das heißt, dass der zugegebene Farbstoff DCPIP noch in der oxidierten (blauen) Form vorliegen müßte. Für Lösung B kann dieser Fehler dadurch erklärt werden, dass die Lichtreaktion bereits während diesem relativ kurzen Zeitraum einsetzte. Da Lösung C von Anfang an in Alufolie eingepackt war, konnte man nicht sehen, ob die Suspension vor dem Umfüllen in die Küvette homogen ist. Dies verfälscht natürlich nicht nur den Anfangswert, sondern kann sich durch den ganzen Versuch ziehen. Aber nicht nur der Beginn, sondern auch der weitere Verlauf der Messungen verlief völlig unerwartet, weswegen wir den Versuch auch nach der vierten Messung abbrachen. Erwartet hätten wir, dass sich Lösung B als Einzige entfärbt bzw. dass die Extinktionswerte niedriger werden, da der Farbstoff ja als Elektronen- Akzeptor während der Lichtreaktion dient und es dadurch zur Entfärbung der Lösung kommt. Bei den anderen drei Lösungen sollte es zu keiner sichtbaren Entfärbung kommen, da entweder durch Erhitzen alle Enzyme in der Lösung denaturieren (Lösung A) oder die Lichtreaktion nicht stattfinden kann, weil die Lösung im Dunkeln aufbewahrt wurde (Lösung C) bzw. ein Hemmstoff (DCMU) zugegeben wurde (Lösung D). Bei Lösung A hätte es sogar zu einem Anstieg der Extinktionswerte kommen können, da die denaturierten Enzyme durch die große Hitze im Wasserbad

15 ausflocken und damit die Extinktion verändert wird. Stattdessen fallen die Werte stark, als ob die Enzyme im Wasserbad perfekte Lebensbedingungen vorgefunden hätten. Da Lösung C unbelichtet blieb, hätte keine Lichtreaktion stattfinden dürfen, d.h. die Werte hätten konstant bleiben sollen. Die von uns ermittelten Werte steigen aber im Laufe der Messungen leicht an, obwohl man eher erwarten würde, dass die Werte leicht abnehmen, da die Lösung in der Küvette während der Messungen leicht belichtet wurde. Aus den gemessenen Extinktionswerten der Lösung D müßte sich annähernd eine Gerade bilden lassen, da der Hemmstoff DCMU die Elektronenübertragung blockiert und damit keine Lichtreaktion stattfinden kann. Damit gibt es normalerweise keine Entfärbung und somit auch keine Abnahme der Extinktionswerte. Stattdessen steigen die Werte stark an, was sich aber so nicht erklären lässt. Denn wenn der Hemmstoff nicht funktioniert hätte, dann wäre die Lichtreaktion abgelaufen und die Werte wären gesunken. 5 Literaturangaben N. Campbell; Biologie; 2000 Schopfer, Brennicke; Pflanzenphysiologie; 1999 Biochemie; Karlson; 1994 Skript zum Grundpraktikum SS