Biologie Grundlagen Botanik

Autotrophe Organismen stellen aus CO2 durch Zufuhr von Energie und mit Hilfe des Reduktionsmittel energiereiche, einfache organische Stoffe her.

photoautotrphe Organismen nutzen Licht als energiequelle, dadurch eine stark lichtabhängige Reaktion, die zudem nur in bestimmten Geweben mit bestimmter Struktur stattfindet.

organische Stoffe werden so umgewandelt, dass anorganische Verbindungen entstehen

Energie und Reduktionskraft kommen aus der Lichtreaktion Die Umwandlung von CO2 in Kohlenhydrate erfolgt im Calvin- Zyklus

Photosynthese ist eine lichtabhängige Reaktion (680-700 nm) durch Licht werden Pigmente angeregt die Pigmente können die Energie durch Anregung der Nachbarpigmente weitergeben die photosynthetische Lichtreaktion wird durch eine Elektronentransportkette mit zwei "Punpstationen" den Photoreaktionszentren gebildet Der Elektronentransport zwischen den Photosystemen erfolgt exergonisch Die elektronentransportkette nutzt die Redoxchemie von Chinon, cytochrom und Eisen-Schwefel Clustern

- gut fettlöslich - in Pflanzen fast vollständig an Proteine gebunden - nur in Thylakoidmembran

Anregungszustand von A muss energiereicher sein als Grundzustand von B A und B müssen so ausgerichtet sein, das Elektronen übergehen können (z.B. Π-Elektronensystem)

Photosystem II (P680) wird angeregt, Elektron wird angeregt zum Elektronenakzeptor II, dieser gibt energie ab an Photosystem I (P700). P 700 wird angeregt und Elektronenakzeptor gibt Energie frei in Form von 2 NADPH + 2H+ und ATP (Wasserspaltung endergonische Reaktion)

Adenosintriphosphat -> ein Ribonnukleid -> 3 energiereiche Phosphatbindungen

aus 3 transmembranenproteinkomplexen - den beiden Photoreaktionszentren und Chytochrom - b6f - Komplex und den dazwischen, sowie nachgeschalteten Elektronentransportsystemen

Chinon sind durch Phytolschwanz gut fettlöslich z.T. in PS II gebunden Hauptteil des Chinons frei beweglich Andockstelle an PS II und Chytochrom-b6f -Komplex durch Struktur der Proteinkomplexe bestimmt

380 - 420 nm

420-490 nm

490 - 575 nm

575 - 585 nm

585 - 650 nm

650-750 nm

650 - 680 nm

700 - 730 nm

rot ( 650 - 750 nm) und blau (420-490 nm)

eine lichtabhängige

3 Phasen - Carboxylierende Phase - reduzierende Phase - regenerierende Phase

es dient zu Aktivierung und Aktivität von enzymen im Calvin-Zyklus. Die jeweiligen enzyme werden über das Licht im PS I und PS II aktiviert

Elektronen aus dem lichtinduziertem Elektronenfluss

elektronen des ferredoxin

Thioredoxin

Fructose - 1,6 - bisphosphat - Phosphatase Seduheptulose - 1,7 - biphosphat- Phosphatase Ribulose -5- phosphat Kinase Glyceraldehyd -3- phosphat Dehydrogenase

1. Schritt Fixierung des Kohlenstoffs durch kovalente Verknüpfung von CO2 mit Rubisco Produkt: 3-Phosphoglycerinsäure und es entsteht zweimal

- an jede 3- Phosphoglycerinsäure wird eine Phosphatgruppe gehängt, es entsteht 1,3 Diphosphatglycerin. Dieses wird von einem, von NADPH geliefertem Elektronenpaar zu Glycerinaldehyd-3-phosphat reduziert  

CO2-Akzeptor - Riubisco wird wieder hergestellt es wird Glucos - 6 Phosphat hergestellt, daraus kann Stärke oder Saccharose gebildet werden.

 CO2 bildet bildet gemeinsam mit einem Akzeptur RuBP das Produkt 3PG 3PG wird in einer zweistufigen Reaktion, die ATP und NADH erfordert zu G3P reduziert etwa ein sechstel des G3P wird zur Synthese von Zucker eingesetzt, dem Endprodukt des kreislaufs die restlichen fünf sechstel des G3P werden in komplexen Reaktionen verarbeitet, die zur Synthese von RUMP führen RuMP wird in einer ATp- abhängigen Reaktion zu RuBP umgewandelt. RuBP kann ein weiteres CO2 aufnehmen

Kohlenstofffixierung Reduktion und Zuckersynthese Regenerierung des CO2-Akzeptors

Zucker

6 CO2 + 12 NADPH + H+ + 18 ATP ----->                                                   C6H12O6 + 12 NADP+ + 18 ATP + Pi +& H2O   Für ein Molekül Glucose werden 18 Moleküle ATP und 12 Moleküle NADPH+H+ verbraucht

negativ

steigend

Plateau (Grenzwert)

CO2-Aufnahme = CO2-Abgabe Netto CO2-Fixierung = Sauerstoff

höhere max. CO2-Fixierungsrate höherer CO2- Kompensationspunkt

niedrige max. CO2 - Fixierungsrate niedriger CO2-Kompensationspunkt

Chlorophyllfluoreszenz nimmt innerhalb von 3 Minuten stark ab Gleichzeitig findet Stoffwechselaktivierung statt

Co2-Aufnahme

spezifische Katalysatoren = Enzyme Kompartimentierung Spezialisierung

Feingliederung in Organe, Zellen und subzelluläre Kompartimente

unterschiedliche Umwelten und Differenzierungen führen zu unterschiedlichen Metabolitformen -> in Lebewesen kommen an best. Orten nur best. Substanzen zusammen

Fette und Öle

- werden von Pflanzen gebildet - gesättigte Fettsäuren - ungesättigte Fettsäuren

Stearinsäure, Palmitinsäure

Linolsäure, Ölsäure

Wie macht die pflanze das fett? Carboxylierung Malonylgruppe wird auf Acylcarrierprotein übertragen Kondensation und Decarboxylierung C2 + C2 ---> C3 + CO2 3- stufige Reduktion einer Ketogruppe Wiederholung Schritt 3 + 4