Fotosynthese

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ermittelt. (Man findet heraus, welche Farben Blätter gut aufnehmen können. Wirkungsspektrum: Das Wirkungsspektrum beschreibt die Fotosyntheserate in Abhängigkeit von der Wellen- länge des eintreffenden Lichts. Es gibt an, mit welchem Licht die Foto synthese pigmente besonders gut Fotosynthese betreiben können. Wellenlänge des eingestrahlten Lichts in Nanometer (m) Fotosynthesepigmente Chlorophyll a und b H₂C-CH₂ R Fotosyntheserate J H₂C Mg2+ CH₂ Porphyrinring Energie- transfer · Carotinoide Jekater B-Carotin Chlorophyll a: Chlorophyll b: R=CHO R=CH₂ Das Ws verläuft ähnlich, aber nicht identisch, wie das AS für Chlorophyll a und b. ·AS: gibt an was für Wellenlängen gut absorbiert werden können •WS: beschreibt Fotosyntheserate in Abhängigkeit der Wellen längen des eintreffend en Lichts. Elektronentransfer Photosystem CH3 CH₂ CH₂ CH3 Phytolrest Lichtabsorption in Fotosystemen Bei der Lichtabsorption wird ein Elektron (e-) im Pigment molekül angeregt. Es wird also auf ein höhres Energieniveau angehoben. => Elektronenanregung Das e- kann so entweder abgegeben werden oder auch in den Grundzustand zurückfallen. Fällt es in den Grundzustand zurück wird Energie frei (Wärme, Fluoresenz) primärer Elektronen- akzeptor Chlorophyll Reaktions zentrum ·Prophyrinring und Phytolkette (viele Doppelbindungen) zentral Magnesium gebunden • Chlorophyll a und b unterscheiden sich durch den Rest am Ring · Chlorophyll - Moleküle sind in der Thylakoid- Membranan Proteine. gebunden die meisten Chlorophyll moleküle sind in zwei unter - schiedlichen Fotosystemen (FSI und FSII) organisiert zentrum lange Kohlenstoffkette mit vielen Doppelbindungen · Carotinoide gehöhren zu den zusätzlichen (akzessorischen) Foto- (Hilfspigmente) Pigmentmoleküle Antennenkomplex synthesepigmenten Energiegehalt des Elektrons Photon Chlorophyll - molekül angeregter Zustand Wärme Viele Lichtpigmente bilden ein Fotosystem 700 0.680 Reaktions->Jedes Fotosystem hat im Reaktionszentrum ein herausgehobenes Chlorophyll a- Molekul ·Dieses Molekül ist für die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie zuständig Dabei wird ein Elektron auf den Akzeptor übertragen => Elektronentransfer Alle anderen Pigmente absorbieren ebenfalls Lichtenergie und geben sie von Pigment zu Pigment weiter => Energietransfer -Schließlich erreicht diese Anregungsenergie das Chlorophyll-Molekül im Reaktionszentrum =>Lichtsammelkomplex Photon (Fluoreszenz) Grund- zustand Definition Die Fotosynthese ist ein Stoffwechselprozess, bei dem Pflanzen mit Hilfe von Strahlungsenergie Glucose und Sauerstoff gewinnen. Pflanzen stellen dadurch unsere Lebensgrundlage her (wir können selbst kein 0₂ produzieren) Für die Fotosynthese wird CO₂, H₂0 und Strahlungsenergie benötigt. Diese Stoffe werden in Glucose & 02 umgewandelt. Die Fotosynthese findet in den Chloroplasten statt. Lichtabhängige Reaktion Das Ziel der lichtabhängigen Reaktion ist es Strahlungsenergie in chemische Energie umzuwandeln (in Form von ATP und NADPH+H*) und die Fotolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff Die Lichtabhängige Reaktion läuft in den Chloroplasten ab, genauer gesagt in deren inneren Membran, der Tyla koidmembran. H+ Fotolyse 2H₂O Lichtenergie H+ (40- Primärer FSII P680 Akzeptor 0₂ + 4H+ wird abgegeben +H H+ H* Enzymkomplex +H -Cytochrom- komplex H+ H+ Lichtenergie FSI P700 H+ H+ (NADP+ NADPH+H*) NADP+ 2e Hee H+ (NADP Ferredoxin (Fd) H* ADP +P JH+₂ H+ H* ATP Stroma ATP- Synthase (wenige Protonen) Thylakoid membran Thylakoidinnenraum (viele Protonen) Elektronentransportkette Im Thylakoidinnenraum findet die Fotolyse von 2H₂0 statt. Dabei entsteht 02, welches durch eine Spalt- Öffnung in der Pflanze abgegeben wird. Gleichzeitig entstehen 4H+ Protonen und 4e- Elektronen Die Elektronen befinden sich im Enzymkomplex. Ein Elektron wandert in das Fotosystem II (FSI) und füllt die Elektronenlücke. Dort wird es durch Lichtenergie, auf eine höhere Energiestufe gehoben und anschließend von einem Akzeptor Molekül aufgenommen, ab welchem es nun in der Membran weitergereicht wird. Die Elektronen lücke in FSII ist nun frei und kann wieder ausgefüllt werden Der Cytochrom - Komplex transportiert ein H+ -Proton aus dem Stroma, welches dadurch in den Thylakoid- innenraum gelangt und das e-, welches in einen weiteren Akzeptor weitergereicht wird. →> Im Stroma sind deswegen wenige Protonen und im Thylakoid innenraum viele Das e gelangt ins FSI und hat bereits viel seiner Energie verloren. Deswegen füllt es dort erneut eine Elektronenlücke auf und wird durch neue Lichtenergie angeregt. Von dort wird es wieder auf einen Akzeptor weitergeleitet und mit einem darauffolgenden Elektron auf ein NADP+ übertragen, wodurch NADPH + H+ entstent (mit freien Protonen aus dem Stroma) Durch den ATP- Synthase komplex können Protonen aus dem Tylakoidinnenraum in das Stroma zurück deffundieren → (Konzentration sgradient) Ladungsausgleich (Stoffe durch Membran defundieren + Protonengradient = chemios motisches Der Ladungsausgleich setzt Energie frei und das ermöglicht das ADP zu ATP synthetisiert wird Produkte: 0₂ (wird direkt am Anfang abgegeben); Energiereiche Moleküle NADPH + H+ und ATP →> NADPH+H+ : Reduktionsaquivalent (im Calvin -Zyklus reduziert); ATP-Energieäquivalent (muss Energie im Calvin-Zyklus übertragen) Modell Bei dem zyklischen Elektronen transport werden die e- nicht an die NADP- Reduktase weitergegeben. Sie kehren stattdessen über ein Protein zum Cytochromkomplex und dann zum P700 zurück. Das Elektronendefizit wird ausgeglichen → es wird mehr ATP hergestellt (gibt mehr Ht) Z-Schema Energiegehalt der Elektronen 2 Wasserspaltung setzt O₂ frei 6.ADP 6-ATP 4H+ 2H₂O 20₂ Licht 404 primärer Akzeptor 2e (1) RubP carboxylierende 6. P- enerierende 4e Fotosystem II asend al 3 Elektronen transportrette Cyfochrom Komplex Energie für die chemiosmotische 12 P PGS primärer Akzeptor 2e phase reduzieren Synthese von ATP Fotosystem I 10. P 12. P PGA PGA 5 2.P 2.00 PGA ↓ 1.●●●●●● P700 Lichtunabhängige Reaktion Das Ziel der Dunkelreaktion ist der Aufbau von Glucose durch ATP & NADPH+H* (bei Lichtabhängiger Reaktion. gebildet) und CO₂ Die Dunkelreaktion läuft im Stroma der Cytoplasten ab Sie benötigt kein Licht kann aber durchaus im Hellen stattfinden => Calvin-Zyklus: CO₂ 6.● trans- kette Fd 6 NADP+ Reductase Licht NADP+ 12 NADPH+H+ 12 ATP 12 ADP 12 P 12 NADP+ 2H+ NADPH H+ 6.ADP 6-ATP 6-C5 404 nohes Redokspotenzial-hohes Bestreben e- abzugeben haben, als der Stoff auf e-muss ein höheres Redoxpotenzial den es übertragen. werden soll. Deswegen wird es von Lichtenergie angeregt und bekommt einen höheren Energie- gehalt Energie wird weniger während Elektronentrans- portkette musserneut angeregt werden Z-Schema=energetische Betrachtung 10 C3 RubP: Ribulose-1,5-bisphosphat PGS Phosphoglycerinsäure PGA Phosphoglycerinaldehyd CO₂ 6.C₁ Regeneration CO₂-Fixierung 12-C3 Reduktion 12C3 2.P 2.C3 ↓ 1 C6 Glucose 12 NADPH+H+ 12 ATP 12 ADP 12 P 12 NADP+ →Glucose Fixierung von CO₂: Primärakzeptor für CO₂ sind 6-C5- Körper. Der erste Schritt wird durch ein Enzym (Rubisco) katalysiert. Das dabei entstehende Produkt, 6- C-Körper, ist instabil und zerfällt in 12-C3-Körper Reduktion des C3-Körpers: Die Produkte der Primärreaktion, ATP und NADPH + H+, werden zur Produktion des C3- Körpers eingesetzt. Zwei entstehende C3-Körper werden zum C6-Körper Glucose umgesetzt Regenerierung des Primärakzeptors: 10 C3-Körper werden in mehreren enzymkatalysierten Schritten zu 6 Cs-Körpern umgebaut Bei diesem Schritt benötigt man ebenfalls das bei der lichtabhängigen Reaktion hergestellte ATP. Zusammenhang H₂O RUDISCO P Ribulose- 1,5-bisphosphat NADPH+H+ ATP ADP+ P NADP+ A Enzym Rubisco CO₂ Zucker 80 die Dunkelreaktion kann nicht ohne die Lichtreaktion stattfinden, anders rum genauso, da die Produkte der licht reaktion für die Dunkelreaktion benötigt werden. Die Rest-Produkte' der Dunkelreaktion werden wiederum für die Lichtabhängige Reaktion benötigt. Die Reaktionen sind zwar von einander abhängig, müssen aber nicht. zeitgleich stattfinden. 000 Ribulose-1,5-bisphosphat-carboxylase - oxygenase sorgt für Fixierung von CO₂ wahrscheinlich häufigste Enzym der Erde 50% der Proteinmasse in Blättern - sehr langsames Enzym (2-3 Substrate pro Sekunde)