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Zellbio und Physio Pflanzen > Photosynthese: Lichtreaktionen > Flashcards

Photosynthese: Lichtreaktionen Flashcards

1
Q

Heterotrophie

A

Abhängigkeit von externen organischen Substanzen, die von anderen Lebewesen produziert werden (Tiere, Pilze, viele Bakterien)

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2
Q

Autotrophie

A

Fähigkeit, organische Substanzen aus Anorganischen zu synthetisieren (Pflanzen, Algen, Cyanobakterien)

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3
Q

Aus welchen zwei miteinander verbundenen Reaktionen besteht die Photosynthese?

A

Lichtreaktionen in der Thylakoidmembran der Chloroplasten, Kohlenstoffixierung im Stroma

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4
Q

Beispiele für Photosynthetische Organismen

A

Vielzellige Braunalge, Cyanobakterien, Moose, Farne, Höhere Pflanzen, Purpurbakterien

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5
Q

Welche Taxa sind durch primäre Endosymbiose entstanden?

A

Chlorophyta, Rhodophyta und Glaucophyta

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6
Q

Beispiel für photosynthetische Tiere

A

Flecken-Querzahnmolch: Alge lebt in Eikapseln des Molchs, Alge wurde auch in Zellen des Salamanders gefunden

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7
Q

Kleptoplastie

A

Schnecke baut Plastiden aus Alge durch Verdauung in Zellen ein (Plastidendiebstahl)

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8
Q

Wie differenzieren sich Plastiden? Wo sind sie zu finden?

A

Proplastid (Samen, Embryo, Meristem) wird

  • im dunkeln zu Etioplast
  • in Blüten und Früchten zu Chromoplast
  • in Blatt zu Chloroplast (auch: Etioplast durch Lichteinfall)
  • zu Leucoplast: Speicherung von Stärke (Amyloplast), Öl (Elaioplast) und Proteinen (Proteinoplast)
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9
Q

Wie ist ein Chloroplast aufgebaut?

A

äußere und innere Membran, Stroma, darin Granum (Thylakoidstapel) und Stroma-Thylakoide, Thylakoid-Lumen

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10
Q

Welche verschiedenen Funktionssysteme haben Grana- und Stromathylakoide?

A

PSII in Granathylakoiden (innen), ATP-Synthase und PSI in Stromalamellen (außen) und Cyt b6f überall in der Thylakoide

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11
Q

Welches Licht ist energiereich?

A

hochfrequentes Licht (kleine Wellenlänge) (violett, blau) ca. 400 nm

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12
Q

Welches Licht ist energiearm?

A

niederfrequentes Licht (große Wellenlänge) (gelb, rot), ca. 600 nm

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13
Q

Welches Licht wird durch die Erdatmosphäre herausgefiltert?

A

kurzwelliges Licht (UV)

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14
Q

Was ist weißes Licht?

A

Mischung aus Licht verschiedener Farben

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15
Q

Wie wirkt ein Gegenstand farbig?

A

absorbiert einige Wellenlängen und besitzt ein Absorptionsspektrum (rot absorbiert alles bis auf rot - dies wird dann reflektiert)

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16
Q

Pigment

A

Substanz, die Licht absorbieren kann

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17
Q

In welchem Lichtbereich absorbiert /reflektiert Chlorphyll?

A

im blauen und roten Bereich, reflektiert grünes Licht

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18
Q

Welches Chlorophyll benutzen alle chlorophyllbasierten Photosynthesesysteme?

A

Chlorophyll a, Carotinoide

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19
Q

Was sind akzessorische Pigmente?

A

Chlorophyll B (Landpflanzen, Gründalgen und Cyanobakterien), Carotinoide (in allen chlorophyllbasierten PS-Systemen), Phycoerithrin (Cyanobakterien und nicht-grüne Algen), Phycocyanin (Cyanobakterien)

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20
Q

Wie sind Phycobiline aufgebaut?

A

Offenkettige Tetrapyrrole, kovalente Bindung an scheibenförmigen Proteinstapel in Phycobilisomen (Thioether-Bindung mit Cystein)

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21
Q

Wie sind Carotinoide aufgebaut?

A

nicht-kovalent an Chlorophyll-Bindeproteine gekoppelt, lipophil, gelb-orange, konjugierte Doppelbindungen (aliphatische Kette), endständige Iononringe

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22
Q

Was unterscheidet Carotine und Xanthophylle (beides Carotinoide)?

A

Xanthophylle enthalten Sauerstoff und sind daher weniger lipophil

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23
Q

Welche Funktion haben Carotinoide?

A

Schutz des PS-Apparates vor zu hoher Lichtenergie (O2-Radikale)

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24
Q

Ist das Chlorophyll gebunden?

A

ja IMMER: an Membranproteine (Chlorophyll-Proteinkomplex)(bei Bakterien an Zellmembran oder spezielle PS-Membranen, bei Algen und Pflanzen an Thylakoide)

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25
Q

Aufbau eines Chlorophylls

A

Porphyrin-Ringsystem (Tetrapyrrol-Ring) mit zentralem Mg, hydrophober Phytolschwanz für Membranverankerung/nicht kovalente Assoziation mit chlorophyll binding proteins (CBPs), Seitengruppen (Methyl/Aldehyd..) bewirken unterschiedliche Absorptionsspektren (2 Hauptbanden verschoben)

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26
Q

Was passiert, wenn Chlorphylle oder andere Pigmente Licht absorbieren?
Was ist die Bedingung dafür?

A

konjugierte pi-Elektronen werden auf energetisch höheres Energie-Niveau gehoben (gleichbleibender Elektronenspin), Grundzustand P zu angeregtem Zustand P*

Energiegehalt der absorbierten Lichtquanten muss der Energiedifferenz von P und P* entsprechen

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27
Q

Wodurch wird das Energienveau von P* bestimmt?

A

durch die molekularen Eigenschaften des Pigments (äußert sich in charakteristischen Absorptionsbanden)

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28
Q

Der angeregte Zustand von Chlorphyll ist kurzfristig. Wie kann eine Rückkehr zum Grundzustand erfolgen (4 Wege)?

A
  1. Relaxation
  2. Floureszenz
  3. Resonanzenergieübertragung
  4. Elektronenübertragung
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29
Q

Relaxation

A

nicht-photochemisches quenchen: Energie wird in Wärme umgewandelt

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30
Q

Floureszenz

A

Energie wird in Form von langwelligerem Licht abgestrahlt

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31
Q

Resonanzenergieübertragung

A

Excitonentransfer: Energie wird auf anderes Pigmentmolekül übertragen und regt dieses an

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32
Q

Elektronenübertragung

A

Photochemie: Energie wird als energiereiches Elektron auf benachbartes Molekül übertragen (Elektronenakzeptor) und hinterlässt Elektronenlücke im ursprünglichen Molekül (Ladungstrennung)

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33
Q

Wo sind die beiden Hauptabsorptionsbanden von Chlorophyllen? Was entsprechen sie?

A

im blauen und roten Sprektralbereich, ensprechen den zwei Haupt-Anregungszuständen der Chlorphylle

  1. AZ wie Energie roten Lichtquants, 2. AZ wie Energie blauen Lichtquants
34
Q

Welcher Anregungszustand ist für Photosynthese nutzbar?

A

der stabiliere 1. AZ (Energie roten Lichtquants), 2. AZ ist instabil und relaxiert spontan zu energieärmerem 1. AZ

35
Q

Diagnostisches Werkzeug zur Untersuchung der Photosynthese?

A

Chlorophyll-Floureszenz (dunkelrot) - stabilerer 1. AZ kann unter Abgabe eines dunkelroten Lichtquants relaxieren (Fluoreszenz)

36
Q

Wie relaxieren Carotinoide?

A

thermisch (strahlungslos)

37
Q

Wie sind die Photosysteme höherer Pflanzen aufgebaut?

A

Reaktionszentrum im Inneren, Core-Antennen drumherumgruppiert, außen Lichtsammelkomplexe

38
Q

Was sind RC (Reaktionszentrum), core Antennen und LHCs (Lichtsammelkomplexe)?

A

Komplexe aus transmembranen Chlorophyll-bindenden Proteinen in der Thylakoid-Membran

39
Q

Wie sind die Chlorophylle mit den transmembranen Chlorophyllbindenden Proteinen verbunden?

A

sind in die hydrophoben Taschen der transmembranen Proteine eingesenkt

40
Q

Wie wird die Lichtzufuhr über die Lichtsammelkomplexe reguliert?

A

mobile LHCs, die nur schwach gebunden sind und sich von den core-Antennen lösen können: variable Dissoziation, vermittelt durch reversible Protein-Phosphorylierung (LHC-Kinasen)

41
Q

Welche Aminosäuren können von Kinasen phosphoryliert werden?

A

Serin, Threonin und Tyrosin

42
Q

Was ist der core-Komplex?

A

2 core-Antennen bilden Dimer um Reaktionszentrum, enthält Chl a und Carotinoide

43
Q

Welche Pigmente enthalten die Lichtsammelkomplexeß

A

Chl A, b und Carotinoide

44
Q

Wie werden Lichtquanten eingefangen und zum Reaktoinszentrum transferiert?

A

Chl a und b fangen in den peripheren LHCs die Lichtquanten ein und leiten diese Anregungsenergie mittels Resonanzschwingungen über die core-Antennen zum special pair im RC weiter, bis die Energie für Ladungstrennung ausreicht

45
Q

Exitonentransfer in der Antenne

A

Angeregte Zustände können zu benachbarten Chlorophyllen transferiert werden (kein Netto-Elektronentransfer!)

46
Q

Was macht das angeregte special pair im Reaktionszentrum?

A

gibt ein Elektron an einen benachbarten Akzeptor ab

47
Q

Wie wird das Elektronenloch gefüllt, das durch die Elektronenabgabe des special pairs entsteht?

A

benachbarter Donor

48
Q

Wieso bildet die Gesamtheit einer Membranebene eine Funktionseinheit?

A

Lichtsammelkomplexe stehen teilweise in engem Kontakt, sodass Lichtenergie zwischen den Photosystemen ausgetauscht werden kann

49
Q

Wie sind die Reaktionszentren/core-Komplexe von höheren Pflanzen mit denen von photosynthetischen Bakterien verwandt?

A

sind zueinander homolog

50
Q

Wovon ist das Reaktionszentrum der Purpurbakterien umgeben?

A

ringförmige, Chlorophyll-haltige Antennen

51
Q

Wie ist der Lichtsammelkomplex von Cyanobakterien und Rotalgen aufgebaut?

A

Phycobilisom: sitzt auf dem core-Komplex und ragt aus der Membran, kann sich zur Regulation der Lichtzufuhr ablösen und enthält nur Phycobiline, auch Excitonentransfer, aber andere Lichtquellen

52
Q

Was machte Sir Robert Hill?

A

Versuch mit isolierten Tyhlakoiden, der zeigte, dass die Lichtreaktion unabhängig von CO2-Fixierung ablaufen kann (nutzte Elektronenakzeptor mit Farbumschlag)

53
Q

Was hat Emerson herausgefunden?

A

dass es zwei PS gibt (verwendete verschiedene Wellenlängen- sie haben verschiedene Absorptionsspektren)

54
Q

Was ist der Enhancement/Emerson-Effekt?

A

Überadditivität von rotem und fern-rotem Licht bei der Photosynthese, lässt sich nur durch die Existenz zweier Photosysteme erklären

55
Q

Welche Reaktion findet am PSII statt?

A

Wasserspaltung (2 H2O + 4 Lichtquanten -> O2 + 4H+ + 4 Elektronen)

56
Q

Wo werden die Wassermoleküle zur Spaltung gebunden? Was wird dann frei?

A

an einem Mangan-Komplex, 4 H+ und ein O2

57
Q

Wie wird die Bildung von destruktiven Sauerstoffradikalen gemindert?

A

durch konzertierte Oxidation von 2 Wassermolekülen

58
Q

Welche Reaktion läuft am Photosystem I ab?

A

Donor: Plastocyanin, Akzeptor: Ferredoxin

4 PC (red) + 4 Quanten + 4 Fd (ox) -> 4 PC (ox) + 4 Fd (red)

59
Q

Wie werden die Elektronen von Ferredoxin auf NADP+ übertragen (zu NADPH)?

A

Ferredoxin/NADP+-Reduktase (FNR)

2 Fd zu 1 NADPH (bindet einen Cofaktor FAD)

60
Q

Wozu sind exergone Reaktionen auf den Akzeptorseiten beider Photosysteme?

A

stabilisieren die Ladungstrennung in den Reaktionszentren

61
Q

Was sind die Endprodukte des Licht-getriebenen Elektronentransports?

A

Wasser, NADPH und ATP

62
Q

Was ist zyklischer Elektronentransport?

A

nur PSI, nur Pumpen von Protonen (zur ATP-Produktion, keine O2/NADPH-Produktion), involviert die Elektronentransportkette

63
Q

Worauf werden die Elektronen von PSI transferiert beim zyklischen Elektronentransport?

A

auf Cytochrom b6f

64
Q

Wozu dient zyklischer Elektronentransport?

A

generiertes ATP im linearen ETR reicht nicht aus, Schutzmechanismus für PSI

65
Q

Woraus ist ATP aufgebaut?

A

Adenin - Ribose - 3 Phosphate (Phosphoesterbindung, Phosphoanhydridbindung (2x))

66
Q

Wie wird die ATP-Synthase betrieben?

A

durch elektrische und H+-Gradienten (Lumen hoch, Stroma gering)

67
Q

Wo sind die Untereinheiten der ATP-Synthase codiert?

A

in verschiedenen Genomen: Kern und Plastom

68
Q

Wie kann zu viel Anregungsenergie zu photooxidativen Schäden führen?

A

Wenn angeregtes Singulett-Chlorophyll nicht zum Grundzustand zurückkehrt (Photochemie, Floureszenz oder Dissipation), sondern zum angeregten Triplett Chlorophyll umgewandelt und seine Energie auf Sauerstoff transferiert (es entsteht Singulett-Sauerstoff)

69
Q

Wie wird die Effizienz der Photosynthese beeinflusst?

A

durch Hitze, Trockenheit, Temperatur, Nährstoffe

70
Q

Was sind kurzfristige Strategien zur Vermeidung von Schäden durch Starklicht?

A

Dynamische Anpassung der Antennenkomplexe, Abgabe der Energie als Hitze/Floureszenz, Quenching von Triplettchlorophyll und Entgiftung von reaktiven Sauerstoffspezies (Lutein, Zeaxanthin)

71
Q

Mittelfristige Strategien zur Vermeidung von Schäden durch Starklicht?

A

Änderung des Blattwinkels oder Einrollen von Blättern, Chloroplasten wandern an Seiten der Zellen

72
Q

Woraus setzt sich non-photochemical-quenching zusammen?

A

Energie-abhängiges Quenching (Hauptteil), Bewegung von LHCII, Photoinhibition

73
Q

Wie läuft Energie-abhängiges Quenching ab?

A

Ansäuerung des Lumens bei Starklicht, aktiviert die Violaxanthin-Deepoxidase, diese wandelt Violaxanthin in Zeaxanthin um (Absorbiert das Licht)

74
Q

Wie wird Zeaxanthin wieder zu Violaxanthin revertiert bei Schwachlicht (hohem luminalen pH)?

A

durch Zeaxanthinepoxidase

75
Q

Was für einen Umlagerung bewirkt die Akkumulation von Zeaxanthin?

A

Umlagerung von LHCII und RCII, sodass nicht mehr so viel Licht an RCII transferiert wird (Energie kann als Hitze abgestrahlt werden)

76
Q

Was macht das PSBS-Protein bei energie-abhängigem quenching?

A

wird durch Protonierung aktiviert und hilft bei der Regenerierung von PSII

77
Q

Allgemeine Funktion von Zeaxanthin und Lutein?

A

wichtige Antioxidantien zum Schutz vor Lichtschäden

78
Q

Was ist ungewöhnlich an den Membranen der Chloroplasten?

A

75% Galactolipide (stark ungesättigt) und nur 10-15% Phospholipide - sehr flüssig, keine Kopfgruppe, keine Ladung

79
Q

Wie entsteht laterale Heterogenität der Proteinkomplexe?

A

Sterische Hinderung der ATP-Synthase, Anziehung der Lichtsammelkomplexe in den Granamembranen

80
Q

Wie werden die Lichtreaktionen reguliert?

A

NADPH und ATP Spiegel (wenn sie hoch sind wird die Photoprotektion induziert)

Zellbio und Physio Pflanzen (11 decks)

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