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allgemeines Biologische Nutzung von Sonnenenergie zur biochemischen Synthese
Blattgrün
Blattgrün nutzt rotes Licht (680 und 700 nm) zur Energiegewinnung.
Lichtreaktion-z-Schema
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.
Photorespiration allgemein
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 Phaeophytin a
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.
Photosynthese CO2-Konzentration
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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