Photosynthetischer Elektronen-Transporty p

Hendrik Küpper, Vorlesungsreihe “Einführung in Bau und Funktion der Pflanzen”, Sommersemester 2012

Rückblick: Geschichte der Photosynthese

Cornelius van Niel (1932)E i t it i (S h f l t tt S t ff d i d)Experimente mit anoxigen (Schwefel statt Sauerstoff produzierend)

Photosynthese betreibenden Bakterien stellt die allgemeine Photosynthesegleichung auf: stellt die allgemeine Photosynthesegleichung auf:

CO2 + 2 H2A + Licht (CH2O) + H2O + 2A(CH2O) = Kohlenhydrat

Z-Schema der Photosynthese in höheren Pflanzen und yCyanobakterien

Aus: de.wikipedia.org

Robin Hill and Fay Bendall (1960) Z-Schema der Photosynthese-Lichtreaktionen

Photosynthese der Purpurbakterien

NADH

Wiederholung: Ladungstrennung

Aus: Barber J, 2003, QuartRevBiophys36, 71-89

Mechanismus der Ladungstrennung 1 “Special pair”-Chlorophylle (=P680) übernehmen Excitonen (=angeregte Zustände) 1. Special pair Chlorophylle ( P680) übernehmen Excitonen ( angeregte Zustände)

von der Antenne 2. P680 überträgt ein Elektron auf ChlD1 (“initial charge separation”) 3 Binnen weniger ps wird das e- auf Phe ( P680+ / Phe-) übertragen (“primary 3. Binnen weniger ps wird das e auf Phe ( P680+ / Phe ) übertragen ( primary

charge separation”)

Photosynthetischer Elektronentransport: Nicht-Häm Eiseny p

Aus: Utschig LM, Thurnauer MC, 2004, AccChemRes37, 439-47

Aus: McEvoy JP, Brudvig GW, 2006, Chemical Reviews 106, 4455-83

Characteristics gebunden durch 4 Histidine und 1 Glutamat nahe der Stromaseite des PSIIRZ leitet/hilft Elektronen beim “Tunnelln” von QA nach QB

Cyt b6f -Komplex: Struktur

Aus: Cramer WA, Zhang H, Yan J, g

Kurisu G, Smith JL, 2006,

AnnRevBiochem75, 769-90

Structurcharakteristika Homodimer jedes Monomer besteht aus 8 Untereinheiten insges ca 109 kDa Homodimer, jedes Monomer besteht aus 8 Untereinheiten, insges. ca. 109 kDa Jedes Monomer enthält 13 Transmembranhelices, und Betafaltblätter in der Rieske-

Untereinheit

Cytb6f -Komplex: Mechanismusy b6f p

Der Komplex überträgt e-von Plastochinon (PQ) zu Plastocyanin (PC). Er benutzt den

Potentialunterschied zwischen QB und PC um ein Proton über 2x2 Häm b undProton über 2x2 Häm b und 2x1 Häm x auf die andere Seite der Membran zu transportieren. Elektronen werden von den

Häm b über einen “Rieske”Häm b über einen Rieske [2Fe2S]-Cluster und ein Häm f auf PC übertragen. Z kli h El kt Zyklischer Elektronen-

transport findet statt über Kopplung von Ferredoxin an

Von: Cramer WA, Zhang H, Yan J, Kurisu G, Smith JL, 2006, AnnRevBiochem75_769-90

Häm x.

Plastocyaniny

Aus: www.fli-leibniz.de

Von: Shibata N, Inoue T,

Nagano Cwww.fli leibniz.dewith reference to data of Inoue T, Sugawara H, Hamanaka S,

Nagano C, Nishio N,

Kohzuma T, Onodera K, Yoshizaki F

Tsukui H, Suzuki E, Kohzuma T, Kai

Y, 1999, Biochemistry 38,

Yoshizaki F, Sugimura Y, Kai Y, 1999, J Biol

Chem. 274: 4225-30

6063-9

ca. 100 Aminosäuren, lösliches ProteinKupfer gebunden von 2 His 1 Cys 1 Met in verzerrter tetraedrischer GeometrieKupfer gebunden von 2 His, 1 Cys, 1 Met in verzerrter tetraedrischer Geometrie Oxidiertes (Cu2+) Plastocyanin akzeptiert Elektronen vom Cytb6f complex Reduziertes (Cu+) Plastocyanin diffundiert zum PSIRZ und gibt e- ab

Wiederholung: Funktion des Photosystem I ReaktionszentrumsFunktion des Photosystem I Reaktionszentrums

Primäre Ladungstrennung:“special pair” (=P700, Chl a / Chl a’ Heterodimer), gibt e- an A0 ab via A (beides Chl a)

-580 mV

gibt e an A0 ab via A (beides Chl a) e- Transport via A1 (Phylloquinon) und die [4Fe4S]-

cluster Fx, FA & FB auf den [4Fe4S]-Cluster von -705 mV

-520 mV

Ferredoxin P700 wird re-reduziert durch Plastocyanin -800 mV

-1000 mV

+430 mV

Von: Nelson N, Yocum CF, 2006, AnnRevPlantBiol 57, 521-65

Ferredoxin

Struktur und Funktion

meist ein Dimer lösliches Protein mit einem lösliches Protein mit einem

[2Fe2S]-Cluster pro Monomer überträgt Elektronen von PSIRZ

auf Ferredoxinreduktaseauf Ferredoxinreduktase ( linearer Elektronentransport) oder auf den Cyt b6f-Komplex ( kli h El t t t)( zyklischer Electronentransport)

Aus: www.fli-leibniz.de with reference to data of Bes MT, Parisini E, Inda LA, Saraiva LM, Peleato ML, Sheldrick

GM, 1999, Structure, 15;7(10):1201-11

Ferredoxin-Reduktase

Struktur und Funktion

Reduziert NADP+ durch Oxidation von FerredoxinOxidation von Ferredoxin Flavin als redox-aktives Zentrum

Von: www.fli-leibniz.de with reference to data of Morales R, Kachalova G, Vellieux F, Charon MH, Frey M, 2000, Acta

Crystallogr D Biol Crystallogr. 56, 1408-12

ATP-Synthase kann je nach Membranpotential auch als ATP Hydrolase funktionieren!ATP-Hydrolase funktionieren!

Von: protein.bio.msu.ru

Zyklischer Elektronentransport: Mechanismusy p

Von: uni-duesseldorf.de

Regulation der Energieübertragung: „state transitions“

Höh Pfl i l AlHöhere Pflanzen, viele Algen

Wiederholung: Z-Schema der Photosynthese in höheren Pflanzen g yund Cyanobakterien

Aus: de.wikipedia.org

Robin Hill and Fay Bendall (1960) Z-Schema der Photosynthese-Lichtreaktionen

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