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Elektronentransport und Fotophosphorylierung

Fotosynthese / Primärreaktion der Fotosynthese / Primärvorgänge der Fotosynthese

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Der isolierter Chloroplast erzeugt ATP bei Zugabe von ADP und Pi. CO2 wird dabei nicht benötigt!

Lichtreaktion im Ablauf

Ausschnitt aus der Thylakoidmembran. Gezeigt sind die Vorgänge der Primärreaktion der Fotosynthese. Oft werden diese als Fotophosphorylierung beschrieben. Beschreiben Sie die Abbildung als Übung! Welche Vorgänge laufen parallel ab? Was sind die Endprodukte der Lichtreaktion. Erklärungen finden Sie auch im Text unten! Verwendete Abkürzungen: Pq: Plastochinon; Pc: Plastocyanin; Fd: Ferredoxin.
Ausschnitt aus der Thylakoidmembran.

Gezeigt sind die Vorgänge der Primärreaktion der Fotosynthese. Oft werden diese als Fotophosphorylierung beschrieben. Beschreiben Sie die Abbildung als Übung! Welche Vorgänge laufen parallel ab? Was sind die Endprodukte der Lichtreaktion? Erklärungen finden Sie im Text auf dieser Seite! Verwendete Abkürzungen: Pq: Plastochinon; Pc: Plastocyanin; Fd: Ferredoxin.

Mittels Fotophosphorylierung wird aus der „eingesammelten" Lichtenergie ATP gewonnen.

Dabei laufen folgende Prozesse ab:

  1. In der Thylakoidmembran wird eine Elektronentransportkette betrieben. Elektronen werden über die Membran gepumpt und sorgen dabei für die Reduktion von NADP+ (vergleichePunkt B!).
  2. Gleichzeitig baut sich im Thylakoidinnenraum ein Protonengradient auf (vergleiche auch Fotolyse des Wassers [A], dieser betreibt ein ATP-Synthese-System).

Ablauf der chemischen Primärreaktion in Stichpunkten:

  • Wasser wird unter Elektronenentzug (OXIDATION) gespalten. Dies benötigt Energie!
  • Die Energie wird über die Lichtreaktionen I + II gesammelt. Dabei ist zu beachten, dass die Anregung bei einer Wellenlänge von 700 nm (Fotosystem I, ChlorophyllaI) nicht ausreicht. Erst die Anregung mit 680 nm am Fotosystem II ist energiereich genug, um Wasser zu spalten.
  • Die Prozesse der Lichtreaktion sind in Proteinkomplexen in der Thylakoidmembran lokalisiert.
  • Fotosystem II wird angeregt. Dabei wird ein ChlorophyllaII in einen angeregten Zustand versetzt. In diesem Zustand werden ihm 2 Elektronen entzogen. Das Chlorophyll fällt in seinen Ausgangszustand zurück (und hat nun eine Elektronenlücke!).
  • Protein (= wasserspaltender Komplex) entzieht Wasser diese 2 Elektronen und gibt sie an ChlorophyllaII ab. Dadurch wird die Elektronenlücke des Chlorophylls geschlossen.
  • Bei der Wasserspaltung entstehen 2 Elektronen, 2 Protonen und ½ O2.
  • Die Protonen verbleiben nach der Wasserspaltung im Thylakoidinnenraum.
  • Elektronenakzeptoren im Fotosystem II geben Elektronen auf Plastochinon, dieses auf Cytochromkomplex/Cu-Protein.
  • Am Fotosystem I wird ebenso ein Chlorophyll-Molekül angeregt, diesem Chlorophyll werden ebenso 2 Elektronen entzogen. Chlorophyll kann die so entstandene Elektronenlücke über die Elektronen aus der Thylakoidmembran (Cytochromkomplex/Plastocyanin) schließen.
  • Die Elektronen aus der Anregung des Fotosystems I wandern weiter zu dem beweglichen Elektronenakzeptor Ferredoxin. Dort werden sie auf NADP+ übertragen, welches unter gleichzeitiger Zugabe von H+ zu NADPH+H+ reduziert wird.
  • Während Elektronen über die Thylakoidmembran weitergeleitet werden, entsteht ebenso ein Protonenungleichgewicht zwischen Thylakoidinnenraum und Stroma.
  • Die Thylakoidmembran ist „dicht", das heißt nicht permeabel für Protonen. Protonen können den in der Lichtreaktion entstehenden Gradienten nur über die Passage der ATP-Synthase ausgleichen. Der Rückfluss der Protonen in das Stroma wird zur Bildung von ATP aus ADP und Pi genutzt.
  • Diese Reihe von Vorgängen wird als nichtzyklische Fotophosphorylierung beschrieben!

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Nichtzyklische Fotophosphorylierung => Erzeugung von ATP über Elektronentransport und Protonengradient.

Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Stoffwechsel

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Diese Themen werden im Kurs behandelt:

[Bitte auf Kapitelüberschriften klicken, um Unterthemen anzuzeigen]

  • Grundlagen des Stoffwechsels
    • Einleitung zu Grundlagen des Stoffwechsels
    • Grundlagen des Stoffwechsels (Allgemein)
    • Energieumwandlung
      • Einleitung zu Energieumwandlung
      • Wege der Energieumwandlung - Basiswissen Chemie
        • Einleitung zu Wege der Energieumwandlung - Basiswissen Chemie
        • Wasser - das Lebenselexier
        • Kohlenwasserstoffe und funktionelle Gruppen
          • Einleitung zu Kohlenwasserstoffe und funktionelle Gruppen
          • Charakteristischen Reaktionen
      • Zellen und Organellen des Stoffwechsels
    • Fließgleichgewicht und Regulation des Stoffwechsels
    • Stoffwechselregulation
  • Prozesse zur ATP-Gewinnung
    • Einleitung zu Prozesse zur ATP-Gewinnung
    • Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell
      • Einleitung zu Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell
      • Aufbau von Proteinen
      • Eigenschaften der Enzyme
        • Einleitung zu Eigenschaften der Enzyme
        • Schlüssel-Schloss-Prinzip
      • Ablauf der Enzymreaktion
      • Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung
        • Einleitung zu Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung
        • Biokatalysatoren: Einfluss von Temperatur, pH, Salzkonzentration
        • kompetetive Hemmung
        • nicht kompetitive Hemmung
        • allosterische Wechselwirkung
          • Einleitung zu allosterische Wechselwirkung
          • Schwermetalle und Enzymaktivität
      • Einfluss von Hitze auf Enzyme - Ein Experiment
        • Einleitung zu Einfluss von Hitze auf Enzyme - Ein Experiment
        • Beispiele für Enzymreaktionen - Urease
        • Beispiele für Enzymreaktionen - Katalase
      • Enzyme im Alltag
  • Fotosynthese
    • Einleitung zu Fotosynthese
    • Ort der Fotosynthese
      • Einleitung zu Ort der Fotosynthese
      • Chloroplasten: Organelle der Fotosynthese
        • Einleitung zu Chloroplasten: Organelle der Fotosynthese
        • Endosymbionten-Hypothese
    • Primärreaktion der Fotosynthese
      • Einleitung zu Primärreaktion der Fotosynthese
      • Lichtsammelkomplexe
      • Frühe Experimente zur Fotosynthese
      • Experiment: Dünnschicht-Chromatographie (DC) der Blattfarbstoffe
      • Primärvorgänge der Fotosynthese
        • Einleitung zu Primärvorgänge der Fotosynthese
        • Wasserspaltung durch Licht
        • Elektronentransport und Fotophosphorylierung
      • Zyklische Fotophosphorylierung
      • Chemiosmose
        • Einleitung zu Chemiosmose
        • Redoxchemie
      • ATP-Synthase
      • Lichtreaktion auf einen Blick
        • Einleitung zu Lichtreaktion auf einen Blick
        • Lichtreaktion: Weiterverwendung der Endprodukte
    • Sekundärvorgänge der Fotosynthese
      • Einleitung zu Sekundärvorgänge der Fotosynthese
      • C-Körper-Schema des Calvin-Zyklus
      • Autoradiagraphie bringt Licht in die Dunkelreaktion
      • Katalyse: Enzymreaktion am Beispiel der Dunkelreaktion
    • Fotosynthese in Gleichungen
    • Aufklärung der Fotosynthese
    • Fotosynthese und Ökologie
      • Einleitung zu Fotosynthese und Ökologie
      • Abhängigkeit der Fotosyntheserate von Außenfaktoren
        • Einleitung zu Abhängigkeit der Fotosyntheserate von Außenfaktoren
        • Umweltfaktor Licht
        • Umweltfaktor Wasser
      • Fotosynthesevarianten: Anpassung an die Umwelt
      • CAM-Pflanzen
      • C4-Pflanzen
      • Fotosyntheseprodukte der Pflanze -> Bedeutung und Speicherung
      • Zusammenfassung: Fotosynthese
    • Chemosynthese: es funktioniert auch ohne Licht
      • Einleitung zu Chemosynthese: es funktioniert auch ohne Licht
      • autotrophe Assimilation am Beispiel nitrifizierender Bakterien
  • Stoffwechsel vielzelliger Tiere - Wo kommt die Glukose her?
    • Einleitung zu Stoffwechsel vielzelliger Tiere - Wo kommt die Glukose her?
    • Verdauung und Resorption - Verdauungssystem
    • Verdauung und Resorption - Fette
    • Verdauung und Resorption - Proteine und Kohlenhydrate
    • Berechnung des Energieumsatzes
    • Gesundheit und Nahrung
      • Einleitung zu Gesundheit und Nahrung
      • Allergien gegen Nahrungsbestandteile
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      • Einleitung zu Blut- und Kreislauf
      • Blut das flüssige Organ
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        • Einleitung zu Erythrozyten
        • Sauerstofftransport - Hämoglobin
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      • Einleitung zu äußere Atmung
      • Regulation der Atmung
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    • Einleitung zu Zellatmung
    • Glykolyse
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    • Endoxidation - Atmungskette
    • Zellatmung in Gefahr
    • Gesamtsumme des Glukoseabbaus über die Vorgänge der Zellatmung
    • Zellatmung: Abhängigkeit von inneren und äußeren Faktoren
      • Einleitung zu Zellatmung: Abhängigkeit von inneren und äußeren Faktoren
      • Energiebilanz und Regulation der Atmung
      • Regulation des Stoffwechsels
      • Regulation der Phosphofruktokinase (PFK)
    • Pyruvat als Scheitelpunkt: mit oder ohne Sauerstoff?
      • Einleitung zu Pyruvat als Scheitelpunkt: mit oder ohne Sauerstoff?
      • Milchsäuregärung
      • alkoholische Gärung
        • Einleitung zu alkoholische Gärung
        • Experimente zur alkoholischen Gärung
      • heterotrophe Assimilation
    • Zusammenfassung: Zellatmung
      • Einleitung zu Zusammenfassung: Zellatmung
      • Gemeinsamkeiten und Unterschiede bei diesen ATP-produzuierenden Prozessen
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