VL 8 Calvin Benzon Zyklus

Question 1

Zusammenfassung der Lichtreaktion

Answer 1

Lichtreaktion:
Substrat: H20
Energiequelle: Licht
Produkte: NADPH und ATP
Ort: Thylakoide
Gleichung:
H20+ADp+P+NADP+ -> O2 +ATP+NADPH2

Question 2

Zusammenfassung der Lichtreaktion (beschreiben)

Answer 2

1) Diese Reaktionen beruhen auf der Aktivierungsenergie des Sonnenlichtes.
2) Licht wird durch Chlorophyll absorbiert. Ein Elektron des Chlorophylls wird jeweils angeregt. Im Reaktionszentrum kommt es zur Ladungstrennung (Photochemie).
3) Elektronen durchlaufen eine Reihe von Redoxkomponenten und ein Protonengradient wird für die ATP-Synthese aufgebaut.
4) Wasser wird oxidiert und Sauerstoff dabei freigesetzt.

Question 3

Die lichtunabhängige Reaktion -Die CO2 Assimilation
Substrat
Energiequelle
Produkte
Ort

Answer 3

Substrat: Co2
Energiequelle: NADPH und ATP
Produkte: Kohlenhydrate
Ort: Stroma
Lichtunabhängige Reaktion: ATP + NADPH2+ CO2 -> C6 H12 O6

Question 4

Die lichtunabhängige Reaktion -Die CO2 Assimilation - in Worten

Answer 4

Lichtunabh. Reaktion= Calvin Benzon Zyklus,
1) Diese Reaktionen sind von den Produkten der Lichtreaktion abhängig….,
2) aber müssen nicht zwingend im Licht erfolgen
3) Die bereitgestellte Energie wird zur Umwandlung von CO2 in Zucker verwendet.
4) Das Produkt ist letztendlich Glukose

Lichtunabhängige Reaktion: ATP + NADPH2+ CO2C6H12O6

Question 5

Verbindung zw Licht- und Lichtunabh- Reaktion

Answer 5

• pH im Stroma steigt an, wenn Protonen während der Lichtreaktion durch die Membran ins Lumen gepumpt werden. Die Enzyme des Calvin-Benson-Zyklus funktionieren besser bei leicht alkalischem pH.
• Die Reaktionen des Calvin-Zyklus stoppen, wenn kein Substrat verfügbar ist: Der lichtunabhängige Teil der Photosynthese stoppt, wenn kein ATP oder NADPH mehr im Stroma synthetisiert werden kann.
• Assimilationsreaktionen sind redoxabhängig, werden durch NADPH, Thioredoxin oder andere Reduktionsmittel reduziert. Reduktionsmittel werden durch Photosynthese reduziert.
• Die Lichtreaktion steigert die Durchlässigkeit der stromalen Membran für Cofaktoren, wie Mg²+, welche auch für den Calvin-Zyklus benötigt werden.

Question 6

3 Abschnitte im Calvin Zyklus und was entsteht dadurch?

Answer 6

1.Carboxylierung -> 3-Phosphoglycerat
2. Reduktion -> Triosephosphat/
Glycerinaldehydphosphat
3.Regeneration -> RuBP
Ribulose 1,5-Bisphosphat

Question 7

Aufbau der Rubisco

Answer 7

Struktur der Rubisco (zeigt eine vierfach-Symmetrie)
Aus 8 kleinen und 8 großen Untereinheiten bestehend (L8S8)
mit aktiven Zentrum, in dem die Fixierung und Oxigenase stattfindet
sehr langsam, sehr viel davon

Question 8

Kontrolle der RuBP-Carboxylase Aktivität

Answer 8

1. Die Aktivität variiert mit dem pH-Wert. Im Licht steigt der pH im Stroma von 7 auf 8 (Protonenpumpe über die Thylakoidmembran).
   RuBP-Carboxylase hat ein scharfes pH-Optimum bei pH 8.
2. RuBisCO wird durchMg2+ und die Bildung des Carbamat-Mg-Komplexes stimuliert. Licht-induzierter Einstrom von Protonen in das Lumen wird durch den Ausstrom von Mg2+ zum Stroma begleitet.
3. RuBisCo wird durch 2-Carboxyarabinitol-1-Phosphat (CA1P) gehemmt, das die Pflanze nur nachts synthetisiert. Am Morgen wird RuBisCo durch zunehmende Lichtintensität wieder freigesetzt.

Question 9

Actives Zentrum der Rubisco

Answer 9

Arrangiert über das Magnesiumion (grün).
-Das Mg-Ion ist über drei Aminosäurereste gebunden, einschließlich des modifizierten Lysins, an dem ein zusätzliches CO2 gebunden ist.

Question 10

Reduktion des Phospho-Glycerats

Answer 10

Verwendung von ATP and NADPH aus Lichtreaktion, um 3-PGA in Glycerinaldehyd-3-Phosphat zu verwandeln

3.Phosphoglycerat - (ATP-> ADP) -> 1, 3 Bisphosphatglycerat ( ENzym: Phospholyceratkinase)
-> (NADPH+H+ -> NADP+) -> Glycerinaldehyd - 3-Phosphat
(Enzym: GAP Dehydrogenase)

Question 11

Die RuBP-Carboxylase-Aktivase ermöglicht bei Belichtung:

Answer 11

1. Freisetzung des dicht-gebundenen CA1P von der RuBP-Carboxylase
2. Das Entfernen von inaktivierendem RuBP
3. Katalyse der Carbamylierung.

Question 12

Ausbildung eines Mg-Carbamat-Komplexes an der RuBisCO
mittels der RuBisCO-Aktivase

Question 13

Was passiert nachts? in Bezug auf 3 -Phosphoglycerat und RuBisP?

Answer 13

RUbisphopsphat fällt nachts stark ab
PGA, steigt stark an
Grund:
nachts findet keine Photosynthese statt: keine neuen ATP und NADH
-RubisPh kann noch Produkte erzeugen, die aber im Phosphoglycerat enden
-PGA kann aber nicht mehr durch ATP aktiviert werden und Reduktionsäquivalente für Glycerin 3 P stehen nicht zur Verfugung
-über die Nacht wird PGA wieder abgebaut

Question 14

Was passiert bei CO2-Mangel im Licht?

Answer 14

bei hohem CO2 Gehalt:
viel PGA (Phosphoglycerat), wenig RubisPh, da Carboxylase Reaktionen optimiert werden -> mehr PGA

bei weniger C02: mehr Oxigenase reaktion
-> mehr Ribulosebisphosphat (RuBisP)

Question 15

Zusammenfassung: Der Calvin-Zyklus erzeugt Glycerinaldehyd-3-Phosphat (GAP) aus CO2 in zwei Abschnitten. Welchen?

Answer 15

Diese Produktionsphase besteht aus der Carboxylierungsreaktion und zwei Enzymschritten der Reduktion

Question 16

Wie viele ATPs und NADHs werden bei der Erzeugung von Glycerinaldehyd-3-Phosphat (GAP) aus CO2 benötigt?

Answer 16

*12 ATPs and 12 NADPH werden benötigt

Question 17

Reaktionsformel für die Erzeugung von GAP und Aufteilung der C Atome

Answer 17

6 Moleküle Ribulose-5-Bisphosphat (Ru5P) reagieren mit 6x CO2 ->12 Moleküle Glycerinaldehyd-3-Phosphat.

2 von 12 GAP können aus dem Zyklus für die Biosynthese von Kohlenhydraten abgezweigt werden
Alle anderen C3-Moleküle dienen der Wiedergewinnung des Ribulose-1,5-Bisphosphats.

Question 18

Regenerationsphase des CO2-Akzeptors

Answer 18

Die Kohlenstoffatome der verbliebenen Glycerinaldehyd-3-Phosphate (GAPs) werden in eine Reihe von Reaktionen weitergeleitet, um Ribulose 1,5-phosphat zu bilden

6ATP →6ADP +Pi
12 GAP -> 6 RuBP + 1 Glucose

Zwei GAPs für die Synthese von 1 Glucose
10 weitere GAPs dienen dem Recycling des RuBP

Question 19

Regenerationsphase des CO2-Akzeptors -SChritte (müssen wir die kennen)

Answer 19

1.
Rubisco
2.Glyceratphosphatkinase
3.Glycerinaldehyd-P DH
4.Triosephosphatisomerase
5.Aldolase (Kondensation)
6.Transketolase (Kettenverlängerung)
7.Pentosephosphatisomerase
8.Pentosephosphatepimerase
9.Phosphatase(Hydrolyse von Phosphatestern)
10.Ribulosephosphatkinase (Phosphorylierung

Question 20

Zusammenfassung des Calvin-Benson Zyklus
Reaktionsgleichungen

Answer 20

Erzeugung von Zucker aus 3 Phosphoglycerat

Das Ergebnis des Calvin-Zyklus:
1) 6 RuBP+ 6 CO2 -> 12 3-PGA (36C) (CO2-Fixierung)
2) 12 3-PGA + 12 NADPH+ 12 ATP -> 12 GAP + 12 ADP + 12 NADP (Reduktion)
12 GAP (36C) -> 1 Glucose (6C) (aus der Kohlendioxidassimilation) + 10 GAP (30C)
3)4) 10 GAP + 6 ATP -> 6 RuBP(30C) (Regeneration)

Insgesamt:
18 ATP+ 12 NADPH+6 CO2+ 6 H2O ->
6 O2+ C6H12O6 + 18 ADP+ 12 NADP
NADPH2 and ATP werden in der Lichtreaktion synthetisiert, um später zur Synthese von Kohlenhydraten beizutragen!

Question 21

Auswirkungen von Mutation an der triose phosphate isomerase

Answer 21

nur in 1 Gen kodiert,
nur wenige Thylakoidmembranen, viel Lipid, dass nicht in Thm umgewandelt werden kann
Knockout des Gens ist lethal

Question 22

Mutation an der Glycerinaldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase

Answer 22

in 2 Genen kodiert
wenn nur 1 Gen inaktiviert ist: wildtypartiges Wachstum
wenn beide aus: Wachstum beeinträchtigt, reduzierte Wurzeln und Blätter

Doppelmutante: Phänotyp kann komplementiert werden, gen wird als transgen exprimiert -> WT Aussehen

Question 23

der oxidative Phosphatweg;
Produkte und grobe Funktion

Answer 23

NADPh wird gebildet;
ein C der Subtrate wird oxidiert

Question 24

Oxidativer Pentosephosphatweg, 3 Enzyme

Answer 24

• Glucose-6-Phosphat
  Dehydrogenase: e- wird auf NADP+ übertragen, NADPH wird gebildet, Oxidation am C Atom,
• Lactonase
• Gluconat-6-Phosphat
  Dehydrogenase: e- wird auf NADP+ übertragen, NADPH wird gebildet, Oxidation am C Atom

Question 25

Oxidativer Pentosephosphatweg- Aufgaben (4 Stück)

Answer 25

Aufgabe: Im Zytoplasma
1. NAPDH Produktion
für reduktive Schritte
2. -> Red.Äquivalente
für die mitochondriale
ATP-Bildung
3. Auch im Chloroplasten.
Dort ebenso die beiden
Dehydrogenasenzu finden
Im Dunkeln: Bereitstellung
von NADPH
4. Intermediate für Calvin-
Zyklus bereitstellen
5. Ribose-5-Phosphat
Vorstufe für DNA und RNA
5. Erythrose-4-Phosphat
Mit Phosphoenolpyruvat
Ausgangsreaktion für
Phenolverbindungen

Question 26

Regulation von reduktivem und oxidativem Pentosephosphatweg (5 Wege)

Answer 26

Lichtabhängige Enzymaktivitäten regulieren beide Synthesewege:

1. Lichtregulation von Schlüsselenzymen über das Ferredoxin/Thioredoxin-System
2. RuBisCo Aktivase: Carbamylierungvon Aminogruppe eines Lysins der RuBisCO
3. Durch Metabolitspiegel, Bindungen von Metaboliten, Produkthemmung: Glycerat, F-1,6BisP, 3P-G
4. Über pH-Gradient:Ansäuerungim Lumen, Alkalisierung im Stroma: gesteigerte CO2-Fixierung
5. Anstieg der Mg-Ionenkonzentration