Physiologie an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

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Was versteht man unter einem Exitonen-Transfer?

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Einige wichtige Elektronen-Carrier der fotosynthetischen Redoxkette haben strukturelle Ähnlichkeiten mit Chlorophyllen und Bilinen. Um welche Gruppe von Molekülen handelt es sich und welches Element ist in ihnen aus C, H und N noch enthalten?

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Welche molekulare Eigenschaft ermöglicht es Chlorophyllen Licht bis in den roten Spektralbereich zu absorbieren?
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Emerson&Arnold: Im letzten Abschnitt haben sie bereits erfahren, dass für ein Molekül Sauerstoff (O2) jeweils zwei Molekülen Wasser (H2O) jeweils vier Elektronen entzogen werden müssen. Wie viele Photonen sind dafür nach den zuletzt dargestellten Ergebnis des Emerson-Arnold-Experiments mindestens nötig?

Wenn sie die letzte Frage beantworten können, so habe sie sicher schon eine Idee wie viele Photonen mindestens notwendig sind, um ein einzelnes Elektron aus den Wassermolekülen zu entfernen?

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Wie viele Elektronen werden beim Übergang von Plastochinon zu Plastohydrochinon auf das Molekül übertragen?

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Was bedeutet das Kürzel NADP?

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Welches Metall findet sich in Chlorophyllen?
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Welches Chlorophyll ist wohl häufiger vorhanden in der Biosphäre: Chlorophyll a oder Chlorophyll b?

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In welchem Spektralbereich absorbieren Carotinoide besonders stark?

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An welchen Standorten würden Sie erwarten, schwarze (dunklere) Pflanzen zu finden?

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In der Antenne einer grünen Pflanze seien folgende Chlorophlle (Chl) mit den jeweils in Klammern angegebenen Absorptionsmaxima vorhanden: Chlb(643), P680, Chlb(652), Chla(675), Chla(670) und Chla(662) vorhanden. Nun würde ein Photon mit der Wellenlänge 643 nm in das System fallen. Welchen Weg würde die Anregungsenergie nehmen, wenn jedes Chlorophyll-Molekül am Exitonentransfer beteiligt wäre?
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Eine Gruppe von Redox-Carriern ist besonders empfindlich gegenüber Sauerstoff. Welche Gruppe ist das und was ist der Grund dafür?

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Physiologie

Was versteht man unter einem Exitonen-Transfer?
Den Strahlungsfreien Energietransfer zwischen den Elektronenwolken von eng benachbarten Molekülen (hier: Chlorophyllen) über Resonanzschwingungen, ohne das dabei Photonen beteiligt wären. Der Exitronentransfer erfolgt in Richtung der abnehmenden Anregungsenergie in den gekoppelten Systemen.

Physiologie

Einige wichtige Elektronen-Carrier der fotosynthetischen Redoxkette haben strukturelle Ähnlichkeiten mit Chlorophyllen und Bilinen. Um welche Gruppe von Molekülen handelt es sich und welches Element ist in ihnen aus C, H und N noch enthalten?
Die Häme (welche als Co-Faktoren in Cytochromen vorkommen). Die Häme entalten Eisen(-Ionen).

Physiologie

Welche molekulare Eigenschaft ermöglicht es Chlorophyllen Licht bis in den roten Spektralbereich zu absorbieren?
Das aromatische Ringsystem (die konjugierten Doppelbindungen im Ringsystem) mit seinen vielen delokalisierten π-Elektronen, welche selbst von rotem Licht in ein höheres Energieniveau transferiert werden können. Chlorophylle haben mit dem E-Ringe ein besonders große ausgeprägtes Ringsystem mit sehr vielen π-Elektronen.

Physiologie

Emerson&Arnold: Im letzten Abschnitt haben sie bereits erfahren, dass für ein Molekül Sauerstoff (O2) jeweils zwei Molekülen Wasser (H2O) jeweils vier Elektronen entzogen werden müssen. Wie viele Photonen sind dafür nach den zuletzt dargestellten Ergebnis des Emerson-Arnold-Experiments mindestens nötig?

Wenn sie die letzte Frage beantworten können, so habe sie sicher schon eine Idee wie viele Photonen mindestens notwendig sind, um ein einzelnes Elektron aus den Wassermolekülen zu entfernen?
a.) Für jedes entstehende Sauerstoffmolekül sind 9 – 11 (ca. 10) Photonen notwendig. Für die Bildung eines Sauerstoffmoleküls werden zwei Wasser-Molekülen vier Elektronen entzogen und somit werden dafür logischer Weise ebenfalls 9 – 11 (ca. 10) Photonen benötigt.

b.) Es werden ca. 10/4 = 2,5 Photonen je Elektron benötigt.

Physiologie

Wie viele Elektronen werden beim Übergang von Plastochinon zu Plastohydrochinon auf das Molekül übertragen?
2 Elektronen

Physiologie

Was bedeutet das Kürzel NADP?
Nikotin(-säure-)amid-Adenin-Dinukleotid-Phoshpat

Physiologie

Welches Metall findet sich in Chlorophyllen?
Magnesium

Physiologie

Welches Chlorophyll ist wohl häufiger vorhanden in der Biosphäre: Chlorophyll a oder Chlorophyll b?
Chlorophyll a, da es fast bei allen photosynthetische aktiven Organismen vorkommt (es gibt auch ein paar wenige Ausnahmen!) und dort immer in fast allen Antennenkomplexen vorkommt. Chlorophyll b gibt es nur bei Grünalgen und Landpflanzen, welche aber trotzdem auch mehr Chlorophyll a als b beinhalten.

Physiologie

In welchem Spektralbereich absorbieren Carotinoide besonders stark?
Im blauen Spektralbereich zwischen 400 und 500 nm mit Maxima im Bereich um 450 nm.

Physiologie

An welchen Standorten würden Sie erwarten, schwarze (dunklere) Pflanzen zu finden?
a) An lichtarmen Standorten, da unbedingt das Restlicht vollständig ausgenutzt werden muss, um chemische Energie zu erzeugen = viele Fotosynthese-Pigmente = +/- alles Lichtabsorbiert = schwarze Pflanzen
b) an CO2-reichen Standorten mit vielen Nährstoffen. Dort wird weniger Platz im Chloroplasten für biochemische Assimilationsprozesse benötigt => die Antennen und die Anzahl der fotosynthetischen Reaktionszentren könne zunehmen ohne das die Assimilationsleistung erheblich abnimmt; zudem kann die erzeugte chemische Energie ausreichend genutzt werden => mehr Licht wird absorbiert


Physiologie

In der Antenne einer grünen Pflanze seien folgende Chlorophlle (Chl) mit den jeweils in Klammern angegebenen Absorptionsmaxima vorhanden: Chlb(643), P680, Chlb(652), Chla(675), Chla(670) und Chla(662) vorhanden. Nun würde ein Photon mit der Wellenlänge 643 nm in das System fallen. Welchen Weg würde die Anregungsenergie nehmen, wenn jedes Chlorophyll-Molekül am Exitonentransfer beteiligt wäre?
Chlb(643)→Chlb(652)→Chla(662)→Chla(670)→Chla(675)→P680; je weiter ins Rote verschoben das Absorptionsmaximum ist, umso weniger Energie wird für die Anregung benötigt – die Energie „fließt“ in Richtung der niedrigsten Anregungsenergie der einzelnen Moleküle.

Physiologie

Eine Gruppe von Redox-Carriern ist besonders empfindlich gegenüber Sauerstoff. Welche Gruppe ist das und was ist der Grund dafür?
Dies sind die Eisen-Schwefel-Proteine. Die enthalten reduzierten Schwefel, der leicht mit Sauerstoff reagiert.

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