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10. Photosyntese

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R. Z.
Lernen
R. Z.
Diese Lernkarten behandeln die Photosynthese auf Universitätsniveau, mit Fokus auf die Lichtreaktion, den Calvin-Zyklus und die Rolle von Chlorophyll, ATP, und CO2. Sie erklären die Prozesse in Pflanzenzellen, einschließlich der Spaltung von H2O, der Produktion von O2, und der Nutzung von Energie durch Photosysteme I und II. Die Karteikarten sind besonders nützlich für Biologiestudenten, die die komplexen Mechanismen der Photosynthese verstehen und die Funktionen von Pigmenten, Membranen und verschiedenen Molekülen wie NADPH und Adenin nachvollziehen möchten.
Karten
21
Lernende
18
Sprache
Deutsch
Kategorie
Biologie
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
11.03.2014 / 12.05.2018
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Lernkarten

Formen von Autrophie

- Chemoautotroph: oxidation von Fe2+, CH4

(ungekehrte Prozesse der Anaeroben Atmung)

- Photoautotroph

   -anoxygen: Schwefelpurpurbakterien

(Haben nur Photosystem I oder Redoxpotiential des Pigments reicht nicht für Wasserspaltung

=> Nehmen die e- anderswo her zB H2S)

 

   -oxygen: Cyanobakterien, Pflanzen

(spalten H2O)

Chloroplast Aufbau

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Äussere Membran - Intermembranraum - Innere Membran - Stroma

Granum (Stapel) - Thylakoid - Thylakoidinnenraum (Chlorophyll in Thylakoidmembran)

Thylakoide entstehen durch einstülpung der Inneren Membran ⇒ chemisch: Thylakoidinnenraum = Intermembranraum

O2 Radioaktives Isotop:

6 CO2  + 6 H2O  →  C6H12O6  +  6O2

Woher O2 ?

Art der Chemischen Reaktion

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6 CO2  + 12 H2O  →  C6H12O6  +  6O2  +  6 H2O

⇒

12 H2O Atome werden vollständig aufgespalten, 6 entstehen am Ende wider frisch.

Redox: (O wird Oxidiert, C wird Reduziert)

Zwei Stadien der Photosynthese

→ Lokalisierung in Zelle

→ Wichtigse Abläufe

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  • Lichtreaktion (in Thylakoiden)
    • Spaltet H2O
    • Entlässt O2
    • Reduziert NADP+ zu NADPH
    • Produziert ATP durch photophosphorylierung
  • Calvin Zyklus (im Stroma)
    • Kohlenstofffixierung
    • Zuckersynthese
    • Verbraucht ATP / NADPH

NADP+ / NADPH

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Nicotinsäureamid-Adenin-Dinucleotid-Phosphat

Coenzym der Dehydrogenasen (Elektronenshuttle)

Am C2 Atom des Adenin nucleotids eine zusätzliche Phosphatgruppe

Photophosphorylierung

Synthese von ATP aus ADP und Pi durch chmiosmotischen Prozess

(Energie aus Licht)

Pigmente

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Absorbieren Licht mit sichtbaren Wellenlängen (380 - 750 nm)

Typische Pigmente in Pflanze:

  • Chlorophyll a
  • Chlorophyll b
  • Carotinoide
(Unterschiedliche Pigmente haben unterschiedliche Absorbtionsspektren)

Engelmanns Experiment (1883)

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Algenwachstum um Grünalgenfaden in Abhänigkeit der Lichtwellenlänge

Chlorophyll a  ≠  Chlorophyll b

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Chlorophyll a: Unmittelbar an Lichtreaktion beteiligt

Rest: Akzessorische Pigmente

  • Anderes Absorbtionsspektrum
  • Übertragen Energie auf Chlorophyll a
  • Carotinoide schützen zusätzlich vor zuviel Strahlung
    • Unkontrollierbare Reaktionen mit O2
    • Antioxidantion

Photosystem II

(Ort, Funktion, Absorbtionsspektrum)

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- In Thylakoid Membran (Chloroplast)

-Beinhaltet viele Pigmente => Absortption von Photonen und Energieübertrag auf das zentralgelegene chlorophyll a Paar P680

- Absorptionsmax bei 680 nm

P680

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Chlorophyll Paar im Zentrum des Photosystems II

Kann durch Umgebung Ionisiert (oxidiert) werden zu P680+

P680+ sehr starkes Oxidationsmittel => kann H2O zu 2H+ und 1/2 O2 oxidieren

e- Transportkette in Thylakoidmembran

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  • e- von P680 werden von einem primary acceptor aufgenommen
  • e- Transportkette mit immer grösserem Redoxpotential
  • Freiwerdende Energie => Protonengradient => ATP
  • Stärkstes Oxidationsmittel P700

Photosystem I

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vgl. Photosystem II

- Energieübertrag auf das zentralgelegene chlorophyll a Paar P700

- Absorptionsmax bei 700 nm

- P700+ holt sich e- vom e- Transportkette und nicht von H2O

e- Weg von Photosystem I zum NADPH

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  • Primary acceptor
  • Protein ferredoxin (Fd)
  • NADP+ Reduktase
  • NADPH

Zyklischer e- Fluss mit Potosystem I

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  • Kein Photosystem II nötig
  • Keine Spaltung von Wasser
  • Keine Dunkelreaktion (NADPH)
  • e- Trasportkette mit Fd und Cytochrom-Komplex transportieren H+ über die Membran in den Thylakoid
  • Chemiosmotische ATP produktion

Zusammenfassung Lichtreaktion

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  • Spaltung von H2O
    • e- gehen an NADPH
  • Protonengradienet an Thylakoidmembran
  • Chemiosmotische ATP synthase

Calvin Zyklus

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C-Fixierung mit ATP und NADPH

drei Phasen:

  • C-Fixierung (Rubisco)
  • Reduktion
  • Regeneration des CO2 akzeptors

Rubisco

Ribulose-Bisposphat Carboxylase Oxygenas

(Kann an ein RuBP ein CO2 anhängen!)

Schlüsselenzym

Sehr anfällig auf O2 etc.

Photorespiration

C3 Pflanzen

Rubisco baut O2 anstelle von CO2 ein

=> muss abgebaut werden (Energieverschwendung: bis 50% der potenziellen BPP)

Funktion: Beschädigung durch Strahlung an Zelle verhindern

C4 Pflanzen

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CO2 Partialdruck in Photosynthetisch aktiven Zellen wird (unter Energieaufwand) künstlich erhöht

→ Transport über PEP

Räumliche Trennung von CO2 aufnahme und fixierung

(Mais)

CAM Pflanzen

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Crassulacean Acid Metabolism

CO2 aufnahme über Nacht und bindung in Apfelsäure

 

Zeitliche Trennung von CO2 aufnahme und fixierung

(Ananas)

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