Photosynthese at Karlsruher Institut Für Technologie | Flashcards & Summaries

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Lernmaterialien für Photosynthese an der Karlsruher Institut für Technologie

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TESTE DEIN WISSEN
Nenne sie Pigmente für LHCI , LH , Phycobilisom?
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TESTE DEIN WISSEN

Chlorophylle, Carotinoide, Phyllochinon

(Mena, Ubi) Chinone, Bacteriochlorophyll

Biline - Phycoerythrobilin, Phycocyanobilin

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TESTE DEIN WISSEN
Beschreiben Sie zwei Gründe warum der Forster-Mechanismus nicht klappen könnte?
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TESTE DEIN WISSEN

1) Wenn der Abstand zwischen Donor und Akzeptor zu groß ist und die relative Orientierung zwischen beiden nicht passt - nur bei schwach gekoppelten Pigmenten (nicht bei exzitonischer Kopplung).


2) Erfordert die Überlappung zwischen dem Fluoreszenzemissionsspektrum des Donors und dem Absorptionsspektrum des Akzeptors.

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TESTE DEIN WISSEN
Anhand einer Abbildung erläutern wie der Energietransfer bei Purpurbakterien stattfindet + das Energie-Funnel-Konzept erklären. 
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Die Anregungsenergie wandert zwischen den Bakteriochlorophyllen Pigmenten der Antennen von den kurzwelligsten Absorptionsmaxima in LH2 zu denen mit langwelligeren Absorptionsmaxima in LH1 - Energie Funnel


Innerhalb der auf der periplasmatischen Seite gelegenen Ringe von direkt aneinandergelagerten Bakteriochlorophyllen in LH1 und LH2 ist die Anregungsenergie delokalisiert. Der langsamste Energietransferschritt ist der von LH1 zum Reaktionszentrum - exciton trap


Auch elektrische angeregte Carotinoide können die Energie auf benachbarte Bakteriochlorophylle übertragen.


In lebenden Organismen, die Photosynthese betreiben, absorbieren Hunderte von zufällig angeordneten Pigmenten Photonen, selbst bei indirektem Licht, und leiten die Energie in ein photosynthetisches Reaktionszentrum. Jeder Schritt in diesem Prozess erfolgt mit nahezu 100 %iger Effizienz.

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TESTE DEIN WISSEN
Anhand einer Abbildung erläutern wie der Energierücktransfer auf die Antenne stafffindet.
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TESTE DEIN WISSEN

Wenn der Vorwärts-Elektronentransfer langsamer abläuft als die Rekombinationsreaktionen

Wenn die Reaktion nicht exergon ist

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Wieso wurden die Chlorophyll-Konzentrationen bestimmt?
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Um die Aufreinigung zu detektieren

Um den Reinheitsgrad zu ermitteln

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Wie behandelt man die Inclusion Bodys vor der Absorptionsmessung und warum misst man bei 280 nm?
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Man behandelt sie mit SDS und beta-Mercaptoethanol 


SDS: Proteine denaturieren

Mercaptoethanol: Disulfidbrücken aufbrechen


280 nm : Absorption von Tryptophan


Die Probe wird mit A280 Puffer behandelt und 5 min. bei 100 Grad inkubiert. In dem Puffer ist Tris, SDS und Mercaptoethanol. Das SDS sorgt dafür, dass die Proteine in Lösung gehen und denaturiert werden.

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TESTE DEIN WISSEN
Gemeinsamkeiten von pBRC (Purpurbakterien RZ)  und PSII nennen.
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Proteinuntereinheiten

-Ähnlichkeit der homologen Kernuntereinheiten D1 und D2 in PSII und L-und M- Untereinheiten der Reaktionszentren in pbRC.


Cofaktoren

- an transmembrane Ladungstrennung beteiligten Cofaktoren in D1 und D2 gebunden, ähnlich zu pbRC.


Chlorophyll a und Phäophytin (PSII) wie Bakteriochlorophyll und Bakteriophäophytin (pbRC)

Zwei Chinone Q1 und Qb

ein nicht häm-eisen an D1 und D2 gleichzeitig gebunden


Unterschiede:

D1 und D2 binden zusätzlich Chlorophyll a

PSII besitzt eigene Core Antenne die von zwei homologen Untereinheiten CP43 und CP47 gebildet wird - chlorophyll bindende Proteine


PSII ist ein Dimer


Funktion der Wasseroxidation im PSII wurde einem WOC auf der luminalen Seite zugeordnet - enthält Cluster aus 4 Mangan-Ionen 1 Calcium und 1 Chlorid

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Unterschied von Typ I und II auf Hinblick der Gewinnung von Reduktionsäquivalenten.
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TESTE DEIN WISSEN
Typ I RC in Photosystem I : 


gekoppelt an Antennendomäne PsaA und PsaB

- generiert NADP+/NAD+ und Ferredoxin

- negativeres Redoxpotenzial 

- Eisen-Schwefel-Cluster


Typ II RC in PSII und Purpurbakterien:

- nicht gekoppelt an Antennendomäne und CP43 und CP47 (in Purpurbakterien keine Antenne)

-Pheophytin-Quinon-Cluster





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Funktion eines Entkopplers?
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Durch die Zugabe von Sorbitol wird ein osmotischer Schock ausgelöst, der dazu führt, dass das Medium außerhalb hypotonisch wird und das Cytoplasma hypertonisch und es somit zur Wasseraufnahme kommt um das osmotische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Diese Wasseraufnahme ist aber strukturell für die Zelle nicht möglich, deswegen platzt die Membran der Chloroplasten auf. Der Entkoppler Ammoniumchlorid (NH4Cl) ermöglicht einen passiven Rückstrom der Protonen entlang ihres Gradienten über die innere Mitochondrienmembran unter Umgehung der ATPase. Dadurch wird die Energie des Gradienten nicht in ATP gespeichert, sondern als Wärme frei. Keine Kopplungsreaktion - die Elektronen werden schneller transportiert, da der Widerstand wegfällt. 

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Bindestellen für Mg2+ im Chlorophyll ?
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Zentrales Magnesium ist umgeben von 4 Stickstoffen - 4-fach koordiniert


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NPQ und Xanthophyll-Zyklus erklären und in Zusammenhang bringen.
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NON PHOTOCHEMICAL QUENCHING (NPQ):

Lichtschutzmechanismus in photosynthetischen Organismen wobei die Energie, der angeregten Chlorophylle in Form von Wärme abgegeben werden, wodurch das Chlorophyll in seinen Grundzustand zurückkehrt. NPQ ist dann wichtig, wenn nicht mehr jedes Photon vom Reaktionszentrum des PSII für die Ladungstrennung genutzt werden kann. Solche Reaktionen führen dazu bei, dass unerwünschte Nebenreaktionen auftreten können, wie Chlorophyll-Tripletts und Singulett Sauerstoffe. Diese Reaktionen führen zur Schädigung der Proteine und der gesamten Zelle.


Wichtig: LHCII kann in zwei funktionelle Zuständen existieren.

1) Lichtenergie kann auf Reaktionszentrum übertragen

2) überschüssige Anregungsenergie kann in Wärme abgeführt werden


Xanthophylle innerhalb der Carotinoide:


Zeaxanthin: bindet an LHCII Untereinheiten und ermöglicht die Aufnahme der Energie von Chlorophyll im Triplettzustand welches dann in Wärme umgewandelt wird - energetische Senke.




Vioxanthin: leitet Anregungsenergie weiter an Chlorophylle und fungiert als akzessorisches Pigment. 


Xanthophyll-Zyklus: Schutzmechanismus gegen Starklicht


Xanthophylle sind eine wichtige Gruppe innerhalb der Carotinoide. Sorgt durch seinen Zyklus für die Umwandlung der absorbierten Photonen in Wärme. Das Enzym VDE Violaxanthin Deepoxidase zur Reduzierung von Violaxanthin zu Zeaxanthin reduziert. Aktiviert wird das Enzym durch den pH Shift?. Die Rückreaktion erfolgt durch das Enzym Zeaxanthin-Epoxidase (ZE), welches Zeaxanthin zu Violaxanthin epoxidiert.



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Nennen Sie jeweils einen Organismus in dem (a) LHCII und (b) LH1 und (c) Phycobilisomen vorkommen sollen?
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(A) Grünalgen, Pflamzen
(B) Purpurbakterien
(C) Cyanobakterien, Rotalgen
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Q:
Nenne sie Pigmente für LHCI , LH , Phycobilisom?
A:

Chlorophylle, Carotinoide, Phyllochinon

(Mena, Ubi) Chinone, Bacteriochlorophyll

Biline - Phycoerythrobilin, Phycocyanobilin

Q:
Beschreiben Sie zwei Gründe warum der Forster-Mechanismus nicht klappen könnte?
A:

1) Wenn der Abstand zwischen Donor und Akzeptor zu groß ist und die relative Orientierung zwischen beiden nicht passt - nur bei schwach gekoppelten Pigmenten (nicht bei exzitonischer Kopplung).


2) Erfordert die Überlappung zwischen dem Fluoreszenzemissionsspektrum des Donors und dem Absorptionsspektrum des Akzeptors.

Q:
Anhand einer Abbildung erläutern wie der Energietransfer bei Purpurbakterien stattfindet + das Energie-Funnel-Konzept erklären. 
A:
Die Anregungsenergie wandert zwischen den Bakteriochlorophyllen Pigmenten der Antennen von den kurzwelligsten Absorptionsmaxima in LH2 zu denen mit langwelligeren Absorptionsmaxima in LH1 - Energie Funnel


Innerhalb der auf der periplasmatischen Seite gelegenen Ringe von direkt aneinandergelagerten Bakteriochlorophyllen in LH1 und LH2 ist die Anregungsenergie delokalisiert. Der langsamste Energietransferschritt ist der von LH1 zum Reaktionszentrum - exciton trap


Auch elektrische angeregte Carotinoide können die Energie auf benachbarte Bakteriochlorophylle übertragen.


In lebenden Organismen, die Photosynthese betreiben, absorbieren Hunderte von zufällig angeordneten Pigmenten Photonen, selbst bei indirektem Licht, und leiten die Energie in ein photosynthetisches Reaktionszentrum. Jeder Schritt in diesem Prozess erfolgt mit nahezu 100 %iger Effizienz.

Q:
Anhand einer Abbildung erläutern wie der Energierücktransfer auf die Antenne stafffindet.
A:

Wenn der Vorwärts-Elektronentransfer langsamer abläuft als die Rekombinationsreaktionen

Wenn die Reaktion nicht exergon ist

Q:
Wieso wurden die Chlorophyll-Konzentrationen bestimmt?
A:

Um die Aufreinigung zu detektieren

Um den Reinheitsgrad zu ermitteln

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Q:
Wie behandelt man die Inclusion Bodys vor der Absorptionsmessung und warum misst man bei 280 nm?
A:

Man behandelt sie mit SDS und beta-Mercaptoethanol 


SDS: Proteine denaturieren

Mercaptoethanol: Disulfidbrücken aufbrechen


280 nm : Absorption von Tryptophan


Die Probe wird mit A280 Puffer behandelt und 5 min. bei 100 Grad inkubiert. In dem Puffer ist Tris, SDS und Mercaptoethanol. Das SDS sorgt dafür, dass die Proteine in Lösung gehen und denaturiert werden.

Q:
Gemeinsamkeiten von pBRC (Purpurbakterien RZ)  und PSII nennen.
A:

Proteinuntereinheiten

-Ähnlichkeit der homologen Kernuntereinheiten D1 und D2 in PSII und L-und M- Untereinheiten der Reaktionszentren in pbRC.


Cofaktoren

- an transmembrane Ladungstrennung beteiligten Cofaktoren in D1 und D2 gebunden, ähnlich zu pbRC.


Chlorophyll a und Phäophytin (PSII) wie Bakteriochlorophyll und Bakteriophäophytin (pbRC)

Zwei Chinone Q1 und Qb

ein nicht häm-eisen an D1 und D2 gleichzeitig gebunden


Unterschiede:

D1 und D2 binden zusätzlich Chlorophyll a

PSII besitzt eigene Core Antenne die von zwei homologen Untereinheiten CP43 und CP47 gebildet wird - chlorophyll bindende Proteine


PSII ist ein Dimer


Funktion der Wasseroxidation im PSII wurde einem WOC auf der luminalen Seite zugeordnet - enthält Cluster aus 4 Mangan-Ionen 1 Calcium und 1 Chlorid

Q:
Unterschied von Typ I und II auf Hinblick der Gewinnung von Reduktionsäquivalenten.
A:
Typ I RC in Photosystem I : 


gekoppelt an Antennendomäne PsaA und PsaB

- generiert NADP+/NAD+ und Ferredoxin

- negativeres Redoxpotenzial 

- Eisen-Schwefel-Cluster


Typ II RC in PSII und Purpurbakterien:

- nicht gekoppelt an Antennendomäne und CP43 und CP47 (in Purpurbakterien keine Antenne)

-Pheophytin-Quinon-Cluster





Q:
Funktion eines Entkopplers?
A:

Durch die Zugabe von Sorbitol wird ein osmotischer Schock ausgelöst, der dazu führt, dass das Medium außerhalb hypotonisch wird und das Cytoplasma hypertonisch und es somit zur Wasseraufnahme kommt um das osmotische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Diese Wasseraufnahme ist aber strukturell für die Zelle nicht möglich, deswegen platzt die Membran der Chloroplasten auf. Der Entkoppler Ammoniumchlorid (NH4Cl) ermöglicht einen passiven Rückstrom der Protonen entlang ihres Gradienten über die innere Mitochondrienmembran unter Umgehung der ATPase. Dadurch wird die Energie des Gradienten nicht in ATP gespeichert, sondern als Wärme frei. Keine Kopplungsreaktion - die Elektronen werden schneller transportiert, da der Widerstand wegfällt. 

Q:
Bindestellen für Mg2+ im Chlorophyll ?
A:
Zentrales Magnesium ist umgeben von 4 Stickstoffen - 4-fach koordiniert


Q:
NPQ und Xanthophyll-Zyklus erklären und in Zusammenhang bringen.
A:

NON PHOTOCHEMICAL QUENCHING (NPQ):

Lichtschutzmechanismus in photosynthetischen Organismen wobei die Energie, der angeregten Chlorophylle in Form von Wärme abgegeben werden, wodurch das Chlorophyll in seinen Grundzustand zurückkehrt. NPQ ist dann wichtig, wenn nicht mehr jedes Photon vom Reaktionszentrum des PSII für die Ladungstrennung genutzt werden kann. Solche Reaktionen führen dazu bei, dass unerwünschte Nebenreaktionen auftreten können, wie Chlorophyll-Tripletts und Singulett Sauerstoffe. Diese Reaktionen führen zur Schädigung der Proteine und der gesamten Zelle.


Wichtig: LHCII kann in zwei funktionelle Zuständen existieren.

1) Lichtenergie kann auf Reaktionszentrum übertragen

2) überschüssige Anregungsenergie kann in Wärme abgeführt werden


Xanthophylle innerhalb der Carotinoide:


Zeaxanthin: bindet an LHCII Untereinheiten und ermöglicht die Aufnahme der Energie von Chlorophyll im Triplettzustand welches dann in Wärme umgewandelt wird - energetische Senke.




Vioxanthin: leitet Anregungsenergie weiter an Chlorophylle und fungiert als akzessorisches Pigment. 


Xanthophyll-Zyklus: Schutzmechanismus gegen Starklicht


Xanthophylle sind eine wichtige Gruppe innerhalb der Carotinoide. Sorgt durch seinen Zyklus für die Umwandlung der absorbierten Photonen in Wärme. Das Enzym VDE Violaxanthin Deepoxidase zur Reduzierung von Violaxanthin zu Zeaxanthin reduziert. Aktiviert wird das Enzym durch den pH Shift?. Die Rückreaktion erfolgt durch das Enzym Zeaxanthin-Epoxidase (ZE), welches Zeaxanthin zu Violaxanthin epoxidiert.



Q:
Nennen Sie jeweils einen Organismus in dem (a) LHCII und (b) LH1 und (c) Phycobilisomen vorkommen sollen?
A:
(A) Grünalgen, Pflamzen
(B) Purpurbakterien
(C) Cyanobakterien, Rotalgen
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