Zusammenfassung Photosynthese PDF

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Summary

Sommersemester...

Description

Einführung in die Pflanzenwissenschaften Kompartimente der Pflanzenzelle -

Zellwand Vakuole Chloroplast  Thylakoidmembran und Stärkekorn Kern  Kernpore, Kernmembran und Nucleolus Lysosom Golgi-Apparat Raues und Glatte ER Plasmodesmen Zellmembran Cytoplasma Mitochondrium

Allgemeine Merkmale und Besonderheiten von Pflanzenzellen !!! Zellen sind vielgestaltig, eine typische Pflanzenzelle gibt es nicht Charakteristika der Pflanzenzellen: -

Plastide (zB Chloroplasten) nur in Pflanzen Cellulosehaltige Zellwand (auch bei Bakterien und Oomyceten) Vakuole (auch bei Pilzen)

Kompartimente: -

Plasmalemma  Protoplast Tonoplast  Vakuole Kernmembran  Nukleous Membran des ER / Golgi-Apparates (Dictyosomen) Membran (2!!!) der Chloroplasten + Thylokoidmembran der Mitochondrien Membran der Pe roxysomen / Glyoxysomen und weitere Vesikel (Microbodies)

Plastiden: -

Kompartiment, dass die Pflanzenzelle definiert Pflanze: Eukaryot mit Plastiden Von zwei Biomembranen umschlossen Entstehung: Differenzierung von Proplastiden, diese nicht de novo entstanden, sondern durch Teilung und Knospung Pro-/Plastiden besitzen ringförmiges Genom Verschiedene Typen von Plastiden: Unterscheidung aufgrund von Aussehen, Funktion und Substranzen 1. Chloroplasten  reichlich Chlorophyll 2. Chromoplasten  reichlich Carotinoide, gelb bis rot, Funktion: Anlockung, akkumulieren in Plastoglobuli „Lipidbläschen“ zB Tomatenfrucht 3. Amyloplasten  speichern Stärke 4. Elaloplasten  Triglycerid (Öl) und Proteoplasten  Protein = Sonderfälle 5. Etioplasten  Hemmform der Chloroplastenentwicklung (Dunkelkeimung), Prolamellarkörper: parakristalline Anordnung von Thylakoidvorstufen, Funktopn: Photooxidation = geschützte Chloroplastenvorstuge

Entwichlung und Interkonversion von Plastidentypen

Besitzen wie Mitochondrien prokayotische Charakateristika: -

Protionbiosynthese an 70s Ribosomen Prokaryotische mRNA ohne Poly-A-Tail Prokaryotische RNA Polymerase Codierdende Gen Sequenzen (Proteinsequenzen) ähnlicher zu Bakteriengenen als zu Genen des Nukleous Prokayotische Genstrukur (Promoter und Terminator)

 Endosymbiontentheorie 1. Wirt uns Cyanobakterium 2. Cyanobakterium wurde phagozytiert, liegt nun im Wirtszellplasma von Wirtsvesikelmembran umgeben 3. Cynobakterium verliert nach und nach seine Zellwand

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Zellwandverlust Koordination von Replikation und Regulation mit Wirtszelle Gentransfer ins Wirtsgenom (Eukaryotengenom) Transportsysteme für Protein/Metabolittransport

Endosymbiontische Zwischenstufen -

Begeißelte Einzeller mit endosymbiontischen Cyanobakterien (Cyanellen) mit Zellwandresten Beispiele: Glaucosphaea, Cyanophora Unterreich: Glaucobionta Nächste Stufe: Eukaryot mit Plastiden mit 4 Hüllmembranen Dann: Paramecium bursaria mit Chlorella (eukaryotische Grünalge) als Endosymbiont

Weitere Argumente für die Gültigkeit:

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Endosymbiontische Zwischenstufen: - Cyanobakterium Prochloron besitzt Chlorophyll a und b sowie Chloroplasten der höheren Pflanzen - Protozoen ohne Mitochondrien dafür obligat endosymbiontische Bakterien zB Riesenamöbe Pelomyka - begeißelte Einzeller mit endosymbiontischen Cyanobakterien (Cyanellen) mit Zellwandresten  zB Glaucospaera, Cyanophora

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Manche Algen (Euglena) mit mehreren Plastidenmembranen (3 oder 4)  multipler phagozytärer Vorgang zT Reste des eukaryontischen Zellkerns

Chloroplasten -

Differenzierung: idR aus Proplastiden durch Vesikelabschnürung (mylakoide) der innteren Membran Thylakoide der reifen Chloroplasten haben keinen Kontakt zur inneren Membran Struktur und Kompartimente: - Thylakoide mit Thylakoidlumen, Grana (gestapelte) und Stromathylakoide - Stroma - Intermembranraum - Plastoglobuli

Höhere Pflanzen: -

Linsenfärmig 4-8 Mikrometer Höhe 2-3 Mikrometer 50-200 pro Zelle im Blatt

Niedere Pflanzen -

Algen Große Formvielfalt Plattenförmig, schraubig, lappig bis bizar Bis 10 Mikrometer lang zT nur 1 pro Zelle

Funktion: -

Organell der Photosynthese Organell vieler Biosynthesen des Primärstoffwechsels (Energie / Baustoffwechsel)  Zucker, AS, FS Organell vieler Biosynthesen des Sekundärstoffwechsels  Teipene, Ligninvorstufen, Pflanzenhormone

What drives life? A little electric current kept up by the sunshine

Photosynthese -

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Lichtenergetisierte CO2-Fixierung 3 Co2 + 6 H20 --- h x v ---- > C3H6O3 + 3 O2 + 3 H2O  es entsteht eine Triose_ Glycerinaldehyd Netto-CO2-Fixierung: 50 x 10^9 Kohlenstoff / a bei Landpflanzen

Chlorophyll: -

Chlorophyll a - bei allen Pflanzen - hat den Rest CH3 - Absorptionsmaxima ca 440 und 680 nm

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Chlorophyll b - höhere Pflanzen, Moose, Grünalgen, Euglena - hat den Rest CHO - Absorptionsmaxima bei 460 und 660 nm

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Chlorophyll c - manche Algen (Braun/Kieselalge)

Abb: Grafik für Lichtreaktion und Dunkelreaktion aus der Photosynthese Primärreaktion = Lichtreaktion Licht

Absorption Chl  Chl * Wird angeregt

Ladungstrennung 2 H20  4 H+ + 4e- + O2

Photoelekronentransport Generiert ATP, reduziert NAP

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Photoinduzierte Anregung des Chlorophylls Chl --- h x v --- > Chl * --- > Chl * + eChl* = Singulett Zustand eines Elektrons des Chl a Relaxation Energietransfer (photochemische Reaktion)

Abb: Energiepotential mit blauem und rotem Licht -

Vorallem durch blaues und rotes Licht angeregt Nach Abgabe muss neues Elektron zur Vefügung gestellt weren Je kürzwellig, desto mehr Energie i.d. Energiewelle  höheres Energieniveau Aus Chl ** fällt es ab und gibt Wärme ab, von Chl* Fluoreszent Energie wird bei Photosynthese weitergegeben, Voraussetzung: räumliche Nähe

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Pflanzen in Garage: - Rotlicht und Blaulicht (nur wenig) Grung: zu viel blau  zu viel Wärme, aber blau damit Pflanze nicht zu sehr in die Höhe wächst

Struktur der Lichtsammelkomplexes LHC2 höherer Pflanzen -

Strukturaufklärung bei einfachen Pflanzen Struktur: - Proteine mit denen Chlorophyll a + b und verschiedenen Carotinoide assoziiert sind - Potentialtrichte über den im Exitonentransfer Energie weitergegeben wird; im Zentrum niedrigeste Energie: 2 Chlorophyll a, an diese Dimer findet Ladungstrennung statt

Abb: Licht harvesting complex -

Photosystem: Reaktionszentrum + Antennenkomplex Elektrinen von Chl a / b und Carotinotiden abgegeb und von Chinonsystem weitergegeben

Elektronenübergänge am Plastochinon Funktionelle Gruppe:

Abb. Elektronenübergänge am Plastochinon -

Reversibler Vorgang

Elektronenübergänge am Plastocyanin

Abb: Elektronenübergänge am Plastocyanin -

Löslich in der Thylakoidmembran Cu kann 1 Elektron aufnehmen / abgeben

Z-Schema (vereinfacht) oder nicht zyklischer Elektronentransport

Abb -

Elektronenlücke wird durch den Wasserspaltungskomplex aufgefüllt (spaltet Wasser, dabei entsteht O2, Manganhaltig) Elektronen werden auf Cytochrom b/f Komplex übertragen und von dort aus weitergegeben Elektronen werden energieärmer, Verlust der Energie genutzt um Protonengradienzen herzustellen

Abb: Thylakoidlumen und Thylakoidmembran -

Pumpt Elektronen i.d. Lumen, saures Milieu entstht, später ATP-Synthese Photosystem I, ähnliches Prinzip, anderes Absorptionsmaximum Elektronentransfer von H2O auf NADP+ Generation eines Protonengradienten in Gegenwart von Licht (ATP Bildung durch Phosphorylierung)

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Nicht zyklischer Elektronentransport: - Chl a gibt Elektronen ab und bekommt Elektronen aus dem Plastocyanin - E- abgegben, Schwefelprotein und Ferredoxin beteiligt  NADPH/H+ generiert - Photosystem I und II - Generation von NADPH/H+ und Protonengradient - 1 NADPH und 1 ATP pro 4 Photonen

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Zyklischer Elektronentransport: - es entsteht kein NADPH/H+ - ATP Synthese findet statt auf Grund des Protonengradientens - nur Photosystem I - Generation eines Protonengradienten - Optimierung d. ATP / NADPH/H+, Ventilfunktion bei NADPH-Sättigung - 1 ATP pro 2 Photonen

Abb NADPH/H+ und Plasochinon / Ubichinon Photosystem II (P680) -

Reaktionszentrum: Chl a Dimer mit Absorptionsmaximum bei 680 nm, Chl a Monomer, Phaeophytin a (ohne Mg 2+), Hämgruppe als e-Akzeptro 12-18 nm Kernkomplex mit Proteinen D1 und D2, Transfer von Elektronen auf Plastochinon Ringförmig, 8 UE mit je 6 Chl a/b + 2 Carotinoiden, insgesamt ca 250 Chl Moleküle und 100120 Carotinoide Wasserspaltender Enzymkomppex (Mn, Elektronendonor) Primär Granathylakoide

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Photosystem I (P700) -

Reaktionszentrum: Chl a mit Absorptionsmaximum bei 700 nm 9-11 nm Kernkomplex mit Plastocyaninbinddungsstelle (Elektronendonor), Transfer von eüber Akzeptro A (Phäophytin) auf Ferredoxin Proteinkomplex mit Chl a und wenig Chl b, Carotinoide Stromathylakoide

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Gestamtbilanz 6 CO2 + 12 H2O ---- h x v ----- > C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O o'

∆ G =2870 kJ

Primärreaktionen (Lichtreaktion)

Abb: Sekundärreaktion = Dunkelreaktion -

CO2 Fixierung Organische Substanz...