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Photosynthese |
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Biologische Nutzung von
Sonnenenergie zur biochemischen Synthese
Blattgrün nutzt rotes Licht (680 und 700 nm) zur Energiegewinnung. |
Lichtreaktion-z-Schema
Aus Wikimedia Commons (User "Lanzi") |
| Lichtreaktion |
Umwandlung von Lichtenergie in
chemische Energie durch Chlorophyll. |
| Thylakoidmembran |
Enthält die Fotosysteme I und II |
| 1. Lichtreaktion |
Anregung von P680 und
Energieübertragung auf P700 |
| 2. Lichtreaktion |
Anregung von P700 und
Energieübertragung durch Elektronenübertragung auf NADPH |
| Wasserspaltung |
im Photosystem II an einem Metallcluster aus 4 Mg- und 1 Ca-Ion. |
Dieser Komplex bindet an benachbarten Zentren zwei Wassermoleküle. |
Oxidation und Protonenabgabe wird ein Sauerstoffmolekül gebildet. |
Auf halben Weg durch den Reaktionszyklus beginnt das Enzym sich zu dehnen und ermöglicht damit die Bindung eines Wassermoleküls an den Mangan-Cluster.
(4) |
| Photorespiration |
Die Photorespiration dient der Pflanze zur Energiegewinnung bei vorhandenem Licht.
Bildquelle: Yikrazuul (Diskussion), CC BY-SA 3.0 , via Wikimedia Commons |
| Dunkelreaktion |
Speicherung und Nutzung der
eingefangenen Energie. |
| oxygene Photosynthese |
primäre Freisetung von Sauerstoff durch Spaltung von Wasser. |
alle grünen Pflanzen, Algen und Cyanobakterien. |
| anoxygene Photosynthese |
Fe2+, NO2-,
Schwefel, H2S, S2O32-, H2 |
Purpurbakterien, grüne Schwefelbakterien |
| Chlorophyll |
Grüner Blattfarbstoff, oxygene Photosynthese. |
Chlorophyll a |
| Chlorophyll b |
| Chlorophyll c1 |
| Chlorophyll c2 |
| Chlorophyll d |
| Bakteriochlorophylle |
anoxygene Photosynthese |
|
| Phäophytine |
Chlorophyll ohne Magnesium-Atom |
Bildquelle: Yikrazuul, via Wikimedia Commons |
| Phycoerythrin |
Vorkommen |
Cyanobakterien, Rotalgen |
| Chemie
| Protein + chromophore Gruppe:
Phycoerythrobilin + Cu-Atom |
| Absorption |
496nm, 529-534 nm |
| Funktion |
Leitet absorbierte Lichtenergie an
Chlorophyll weiter |
| Phycocyanin |
Vorkommen |
Cyanobakterien, Rotalgen |
| Chemie
| Protein + chromophore Gruppe:
Phycocyanobilin + Cu-Atom |
| Absorption |
550 nm, 615 nm |
| Funktion |
Leitet absorbierte Lichtenergie an
Chlorophyll weiter |
| LHCSR1 |
light-harvesting complex stress-related 1 |
LHCSR1 - Proteine haben eine Schlüsselrolle bei der Fotoprotektion. Schutz der Chloroplasten bei zu starker Sonneneinstrahlung. |
| In den Membranen der Chloroplasten. |
Produktion vom Umgebungslicht abhängig. |
LHCSR1 sammeln Photonen und transportieren die Energie zum Fotosyntheseapparats. |
| Konformationsänderung bei hoher Sonneneinstrahlung |
LHCSR1 zerstreut die Strahlungsenergie – ohne sie weiterzuleiten. |
| CAM |
Crassulacean Acid Metabolism, Crassulaceen-Säurestoffwechsel |
CO2 wird nachts aufgenommen und an Apfelsäure gebunden. Tagsüber wird CO2 aus Apfelsäure freigestzt und der Photosynthese zugeführt. |
Vorteil bei großer Hitze: Mittags sind die Spaltöffnungen geschlossen. |
| NDH |
NADH-Dehydrogenase-ähnlicher Komplex (1,2,3) |
Protonenpumpe, die Sonnenergie auf ATP überträgt. |
| C3 - C4 |
| C3 |
C4 |
| Kohlenhydrat mit 3 Kohlenstoffatomen je Molekül |
Kohlenhydrat mit 4 Kohlenstoffatomen je Molekül |
| der größte Teil der höheren Pflanzen |
Heißeres, trockenes Klima |
| Weizen, Roggen, Hafer |
viele Gräser, Mais, Hirse, Rutenhirse |
|
C3-Pflanzen profitieren von hohen Kohlendioxidkonzentrationen, C4-Pflanzen nicht.
Bildquelle: Yikrazuul, CC BY-SA 3.0 , via Wikimedia Commons |
| Quellen |
1.) Laughlin TG, et al.:
Structure of the complex I-like molecule NDH of oxygenic photosynthesis.
Nature 2019
2.) Shikanai T:
Chloroplast NDH: A different enzyme with a structure similar to that of respiratory NADH dehydrogenase.
Biochim. Biophys. Acta 2016;1857:1015–1022
3.) Strand DD, Fisher N, Kramer DM:
The higher plant plastid NAD(P)H dehydrogenase-like complex (NDH) is a high efficiency proton pump that increases ATP production by cyclic electron flow.
J Biol Chem 2017;292:11850–11860
4.) Chrysina M, Heyno E, Kutin Y, Reus M, Nilsson H, Nowaczyk M M, DeBeer S, Neese F, Messinger J, Lubitz W, Cox N:
Five-coordinate MnIV intermediate in the activation of nature’s water splitting cofactor.
Proceedings of the National Academy of Sciences; Aug 2019, 201817526
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