Vorlesung 4

Question 1

Beschreiben Sie die Struktur eines Chloroplasten.

Answer 1

• Äußere Membran, Zwischenraum, innere Membran.
• Stroma, im Stroma: Thylakoide = Membransäckchen
• In den Thylakoidmembranen: Chlorophyll an Proteine gebunden
• Gestapelte Thylakoide: Granum
• im Thylakoid: Lumen

Question 2

Stellen Sie die Beziehung zwischen einem Wirkungsspektrum und einem
Absorptionsspektrum dar.

Answer 2

Absorptionsspektrum:

• Grafische Darstellung der Absorption in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichts.

Wirkungsspektrum:

• Grafische Darstellung der Reaktionsrate (Photosyntheserate) in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichts.
• Dort, wo die Absorption am größten ist, ist normalerweise auch die Reaktionsrate am höchsten.
• Wellenlängen, die von den Pigmenten nicht absorbiert sondern reflektiert werden, führen zu keiner Reaktion, aber sie bestimmen, mit welcher Farbe wir die Pigmente wahrnehmen.
• Engelmannsches Experiment: O2 liebende Bakterien an bestrahlter Grünalge.
• Chlorophyllb und Carotinoide vergrößern das Wirkungsspektrum der Chloroplasten

Question 3

Verfolgen Sie die Bewegung von Elektronen in einem linearen Elektronenfluss.

Answer 3

• Lichtenergie wird über Pigmente im Lichtsammelkomplex des PSII auf das Reaktionszentrum (zwei Chlorophyll a Moleküle) übertragen mit einer Wellenlänge von 680nm (rotes Licht).
• Diese Elektronen werden durch die Energie angeregt, es kommt zur Photooxidation → Übertragung von Elektronen auf primären Elektronenakzeptor.
  
  • Die Elektronen, die dabei auf die Reise geschickt werden, stammen aus dem Wasser, das am PSII gespalten wird. Es entsteht O2 und H+ → elektrochemischer Gradient wird aufgebaut.
• Die Elektronen wandern über die Elektronentransportkette zwischen PSII und PSI, dort liegt Plastoquinon und der Cytochrom b6/f-Komplex, sowie Plastocyanin.
  
  • Plastocyanin ist ein kleines Cu-haltiges Protein, wasserlöslich und frei beweglich im Lumen. Auch an diesen Komplexen entsteht H+ durch Membrantransfer → elektrochemischer Gradient wird aufgebaut.
• Schließlich erreichen sie das PSI, mit einer maximalen Absorption von 700nm (dunkelrotes Licht). Hierdurch entsteht eine Art Verstärkungseffekt der photosynthetischen Ausbeute.
• Die Elektronen werden hier auf NADP+ übertragen, es entsteht NADPH.
• [Der elektrochemische Gradient treibt die ATP-Synthase an → ATP]

Question 4

Tun Sie dies bei einem zyklischen Elektronenfluss.

Answer 4

Nur PSI ist aktiv

• Keine Wasserspaltung, keine O2 Freisetzung, kein Wasser benötigt.
• Die Elektronen werden nicht auf den finalen Elektronenüberträger NADP+ übertragen, sondern
• Die Elektronen werden wieder der Elektronentransportkette zugeführt. (von Ferrodoxin auf Cytochrom Komplex und schließlich auf P₇₀₀). Dadurch wird zwar weiter der elektrochemische Gradient aufgebaut → ATP-Synthase → ATP, aber kein NADPH produziert.
• Wichtig, da der Calvin-Zyklus mehr ATP als NADPH benötigt.

Beim zyklischen Elektronentransport werden die Elektronen nicht vom Ferredoxin an die NADP-Reduktase weitergegeben. Sie kehren stattdessen über Cytochrom zum oxidierten P700 zurück und gleichen somit dessen Elektronendefizit wieder aus.

Beim zyklischen Elektronentransport werden also keine Reduktionsäquivalente gebildet und man hat sich lange Zeit gefragt, welchen Sinn diese zusätzliche Elektronenfluss-Weg besitzt. Heute weiss man, dass durch ihn ein zusätzlicher Transport von Protonen in das Thylakoidlumen erfolgt. Dadurch wird der Protonengradient, also der Unterschied zwischen der Anzahl Protonen im Thylakoidinnenraum (Lumen) und -außenraum weiter vergrößert. Das heißt, dass mehr ATP entstehen kann. Dieser Zyklus dient also als zusätzliche ATP-Quelle.