Pflanzenphysiologie (Subject) / Photosynthese (Lesson)

Photosynthese

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• Beschreibe den Prozess der Regeneration im Calvin-Zyklus Folie: Calvin-Zyklus Phase 3 Regenerierung: Es sind 6 GAP (daher die 6 GAB in der oberen Zeile) jedes GAP hat 3-C-Atome (daher C3) 1 Export → daraus werden Zucker gebaut aus den anderen 5 GAP → Zucker mit 5 C Atomen (C5-Körper) Die drei C5-Körper (Ribulose-5-Phosphat) Diese wird nun mit ATP Phosphoreliert → es entsteht Ribulose-1,5-Bisphosphat (für RubisCO) ALSO: es werden 6 GAP hergestellt. Eines davon kann für die Zuckersynthese verwendet werden, die anderen werden für die Regeneration von RubisCO zu regenerieren. Die 3 ATP bei der Regeneration resuliteren daraus, dass die C5-Körper (ribulose-5-phosphat) phosphloreliert werden. Damit brauche ich insgesamt: 6+3 ATP, 6 NADPH, 3 CO2 um 1 GAP herzustellen
• Was ist die Photorespiration? Durch Photorespiration wird O2 verbracuht und CO2 hergestellt. Es entsthet ein Phosphoclycerat, aber noch ein C2-Körper (2-Phosphoglycolate) dieser C2-Körper ist toxisch für die Pflanze und wird aus der Pflanze geschleust in ein Peroxisom (aber das Phosphat muss drinbleiben, um ATP zu regenerieren). → es wird im Peroxisom Glyoxylat und H2O2 hergestellt. Aus dem Glyoxylat wird Glycin (eine AS) hergestellt, aus dem wiederum gasförmiger Ammoniak, CO2 und ein C hergestellt wird. Erstere werden frei (NH3, wird tw. weiterverwendet), letzteres wird in Serin (AS mit 3-C.Atomen) eingebaut. Dabei entsteht noch NADH Das Serin kommt zurück ins Peroxisom, die Aminogruppe spaltet sich ab und wird zu Hydroxypyruvat, welches zu Glycerat → 3-Phosphoglycerat (das wollten wir haben, da ist der Beginn des Calvin-Zyklus) Somit wurde aus 2 C2-Körpern (?) über sehr große Umwege ein C3-Körper (welcher bei einer Carboxylase sowieso hergestellt wäre) Der Km-Wert bei RubisCO für ist bei CO2 wesentlich niedriger als bei O2 (daher läuft die Reaktion bei CO2 häufiger und besser) Man sagt, pro 3x CO2: 1x O2 Je wärmer, desto mehr Photorespiration Diese Reaktion muss aber einen Zweck haben. Denn Pflanzen mit RubiasCO ohne Oxygenase-Aktivität sind nicht lebensfähig
• Was ist das FACE-Experiment? FACE-Experiment Erhöhter CO2-Gehalt sorgt für: - verminderte Transpiration (da Stomata länger geschlossen bleiben können) - erhöhte Temp. (da die Kühlung wegfällt bei geschlossenen Stomata) - weniger Nährstoffaufnahme (da weniger Transpirationssog) - Photosynthese stagniert bei höheren Temperaturen, während Mitochondrienaktivität nicht abnimmt → Atmung der Pflanzen höher als Photosynthese → Sauerstoff wird verbraucht, CO2-Gehlat nochmals erhöt (z.B. Algenblüte) - Photorespiration wird heruntergefahren - allg.: kurzfristig: erhöhtes Wachsetum; langfristig nicht (limitierte Nährstoffe, erhöhte Temp., PS wird eher runterreguliert
• Was sind reelle und apparente Photosynthese? reelle PS: richtige PS apparente PS: unter Einbezug der Dunkelatmung (Mitochondrielle Atmung) und Photorespiration → das, was man am Ende misst
• Warum bekommen Schattenpflanzen Probleme, wenn sie direkt in die Sonne gestellt werden? Müssen zunächst Antioxidantien bilden
• Beschreieb C4-Pflanzen C4-Photosynthese können CO2 besser verwerten in Abhängigkeit von Licht geringere Photorespiration (C4 ist Anpassung an geringere Photorespiration) → C4 ist Anpassung an höhere Temp und höhere O2 je höher die Temp,, desto schlechter lösen sich Gase in Wasser und CO2 löst sich noch schlechter → mehr Sauerstoff? Erstes Produkt ist ein C4-Körper (Oxalacetat) haben genau den gleichen Calvin-Zyklus Die CO2-Konz wird in einer best. Zelle sehr stark erhöht, sodass die Photorespiration abnimmt Wo findet das statt? Mesophyllzelle → Leitbündelscheidenzelle PEP-Carboxylase → Oxalacetat → Malat (zwei Säuregruppen). Malat wird in Leitbündelscheidenzelle transportiert Das Malat transportiert neben dem CO2 auch Nadph (welches sonst nicht in die Zelle kommen könnte) Dieses Malat wird dann zu CO2 (Konz. erhöht sich) und Pyruvat Bei C4-Pflanzen gibt es Chloroplasten (die wo der Calvin-Zyklus stattfindet) , die nur Stroma-Thylakoide hat und die zyklischen e—transport machen, ATP herstellen (jedoch kein Nadph) und kein PS II Hat (damit kein Suaerstoff frei wird (Vermeidung von Photorespiration) → Chloroplastendimorphismus C4-Pflanzen haben Krantz-Anatomie: - Leitbündel umgeben von Leitbündelscheidenzellen, umgeben von Mesophyllzellen - in Leitbündelscheidenzellen nur gibt es nur Chloroplasten mit Stroma-Thylakoiden?!
• Beschreibe CAM-Pflanzen CAM wie C4, nur in der Nacht können Nachts Stomata öffnen (können alle anderen Pflanzen nicht) auch Vorfixierung mit PEP-Carboxylase Speicher das Malat (siehe C4) in Blätter (daher sind die so dick die Blätter) → daher werden CAM-Pflanzen nachts sauer (da dann das Maat gespeichert wird) CAM-Pflanzen sind Anpassungen an Trockenheit
• Wie unterscheiden sich C3/C4/CAM in Bezug auf Lichtkompenstionspunkt und Wassernutzungseffizienz? Wassernutzungseffizienz = Wieviel gramm Wasser wird verbraucht für 1g fixiertes CO2 C3: 450-950g Wasser C4: 250-350g Wasser 18-100g Wasser   CO2: C3 vs. C4: Da der Lichtkompensationspunkt von C3 niedriger ist als bei C4. Sie werden also schneller durch CO2 limitiert. Bei erhöhter CO2 Konzentration und zunehmender Beleuchtungsstärke -> mehr Biomasse.
• Ist die Menge an Chloroplasten immer konstant? Die Menge an Chloroplasten schwankt (Chloroplasten können sich unabh. von der Zelle teilen). Je weniger Licht, desto mehr chloroplasten
• Wie ist die DNA in Chloroplasten? Ringförmig
• Wie war das mit den Stroma und Grana-Thylaoiden? Stromathylakoid verbindet Granathylakoide miteinander (welche wiederum ebenfalls untereinander verbunden sind, da das ganze Grana ein einzelner Reaktionsraum ist). Die Thylakoidstapel sind also nicht direkt, sondern nur durch das gesamte Grana miteinander verbunden Stroma = Matrix im Chloroplasten
• Beschreieb Chlorophyll chemisch Chlorophyll: hydrophiler kopf (mit Tetrapyrol, Mg als zentralatom), hydrophober schwanz Der lange hydrophobe Schwanz sorgt für eine dirkete Verbindung in die Membran
• Wie unterschieden sich Chlorophyll a und b Es gibt Chlorophyll A und B ( unterschieden sich an einer Stelle) A: photosynthetisch aktiv, CH3-Endung, 430-662nm B: nicht photosynthetisch aktiv, CHO-Endung, Hilfspigment, 454-643nm
• BEschreibe den OEC OEC (Wasserspaltung). Mangan als zentraler Stoff → Manganmangel für zu Problemen hier Wasserspaltung sehr risikobehaftet → PS II kann sich im Notfall selbst zerstören Warum gefährlich → Bildung von ROS OEC läuft in vier Schritten. In jedem Schritt wird ein e- an ein Metall (Mn) abgegeben. Die Energie davon kommt aus dem Licht
• Beschreibe kurz das Z-Schema von PSII zu PSI Z-Schema: Chlorophyll-a → Pheophytin → Plastochinon -a (→ wird zu Plasthydrochinon) → (ab jetzt nicht außerhalb des PS II) → Plastochinon-b → Cytochrom-b6f-Komplex → Plastocyanin → PSI
• Wie werden Protonen im Z-Schema transportiert? Um e- aufzunehmen, muss das Plastochinon auch H+ aufnehmen. Diese kommen vom Stroma. Beim cytochrom-b6f-Komplex werden diese e- an das PS I abgegeben und die H+ an die andere Seite der Membran abgegeben (ins Lumen) (→ H+ ist also gegen das Konzentrationsgefälle transportiert worden)
• Was passiert im Cytchrom-b6f-Komplex? Cytochrom b6f komplex zwei untereinheiten, jede davon bekommt je 1 e- vom plastohydrochinon: cytochrom f leitet e- an plastocyanin → PS 1 weitergereicht cytochrom b6 nimmt anderes e- auf, welches noch ein plastochinon reduziert (zuers zu einem plastosemichinon, dann zu einem vollständigen plastohydrochinon und noch mal 2H+ ins Lumen schleust. Anschließend gelangt es auch in den cytochrom f → durch diesen Umweg werden anstatt 2H+ sogar 4H+ ins Lumen geschleust
• Welche Thylakoide sind im Zyklischen Elektronentransport beteiligt? Stroma-Thylakoide
• Sind Kohlenwasserstoffe Hydrophil oder Hydrophob? Hydrophob
• Was ist die Mehler-Reaktion und wann tritt sie auf? mehler-reaktion: - wenn nadph nicht verbraucht wird (und das licht weiter absorbeirt wird), dann werden die e- mangels napd+ auf den molekularen Sauerstoff (PS I)? übertragen (→ ROS) das passiert häufig Aber: um ROS zu verhindern wird durch die Superoxid-Dismutase H2O2 hergestellt Also: ascorbinsäure – proton = ascorbat ascorbat – elektron = dehydroascorbinsäure (das gleiche wie: monodehydroascorbat) → hoffentlich vitamin c sorgt für entgiftung von h2o2 zu h2o ascorbatperoxidase nimmt dabei die e- vom ascorbat und manchmal vom ferredoxin (das ist super, weil das ferredoxin ja ein grund für die ROS ist)
• Nenne einige Antioxidantien Carotin Ascorbinsäure (Vit C) Vit E
• Warum ist der Halliwell-asada-zyklus so super? Ascorbat-glutathion-redoxkette = Halliwell-asada-zyklus → es ist super, dass dafür nadph verwendet wird (Entgiftung von ROS)
• Was kann der OEC machen, um sich vor ROS zu schützen? Turnover von D1 → zur Vermeidung von ROS - Abb. müssen wir nicht im Detail kennen - wenn die Gafahr besteht, wird der OEC phosphoreliert, anschließend wird D1-Protein abgebaut

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