Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Fotoszintézis I. Alapfogalmak A fotoszintézis mint redox folyamat A fotoszintetikus apparátus Pigmentek és pigment-protein komplexek A fény abszorpciója.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Fotoszintézis I. Alapfogalmak A fotoszintézis mint redox folyamat A fotoszintetikus apparátus Pigmentek és pigment-protein komplexek A fény abszorpciója."— Előadás másolata:

1 Fotoszintézis I. Alapfogalmak A fotoszintézis mint redox folyamat A fotoszintetikus apparátus Pigmentek és pigment-protein komplexek A fény abszorpciója A gerjesztési energia sorsa A két fotokémiai rendszer Az elektrontranszport lánc felépítése

2 A fotoszintézis jelentősége Az élővilág energia - forrása Szerves anyagok előállítása szervetlenekből (Az ábrán a keményítő szemcsék láthatók) A Föld légkörének oxigéntartalma ebből a folyamatból ered

3 1) Bevezetés - redox folyamat - a fény és sötét szakasz - fényszakasz: két fotokémiai rendszer, PS II és PS I.

4 A fotoszintézis két fő szakasza: a fényreakciók és a sötét reakció

5 A fotoszintézis mint redox folyamat H 2 D + A →fény→ H 2 A + D Ha víz a donor és CO 2 az akceptor: 2nH 2 O + nCO 2 →fény→ n(CH 2 O) + nH 2 O + nO 2

6

7 1. Fényszakasz: A fényt fotoszintetikus pigmentek abszorbeálják A fényt abszorbeáló pigmentek a cianobaktériumokban és magasabbrendű növényekben: Kolorofill a, b Karotinoidok Fikobilinek (cianobaktériumokban és vörösmoszatokban)

8 A prizmával alkotóelemeire bontott fehér fény kék és vörös hullámhosszú komponenseivel megvilágított régió köré gyűlnek az aerob baktériumok a fotoszintetizáló Spirogyra körül

9 A levél keresztmetszete

10 14-35b A kloroplasztisz szerkezete Kettős borítómembrán határolja Folyékony közege a sztróma –benne enzimek, keményítőszemcsék, DNS és riboszómák Membránrendszere tilakoidokból áll– ezek helyenként gránumokba rendeződik A tilakoidok belső üregei egy összefüggő, lumen nevezetű hálózatot alkotnak

11

12 A fotoszintetikus apparátus szerkezete kloroplasztisz; tilakoid membránok gránum és sztróma kapcsolt és nem-kapcsolt felszínek a proteinkomplexek szerveződése a tilakoid membránban

13 A pigment-protein komplexek rendezetten helyezkednek a tilakoidmembránban

14 Honnan származik a kloroplasztisz?

15 14-41 A fénybegyűjtő pigmentek: Klorofill Porfirin gyűrű – négy pirrolgyűrűből áll A négy pirrolgyűrű mellett egy öttagú ciklopentanon gyűrű található A konjugációs rendszer kékkel jelölve Magnézium ion – Mg ++ - narancs Észter kötéssel csatlakozó fitol – zöld Ez a klorofilla – a többi klorofill kicsit külőnbözik.

16 Klorofillok

17 A karotinoidok járulékos pigmentek

18 Fikobilinek: cianobaktériumokban, vörös algákban A pirrol gyűrűk nem záródnak porfirin gyűrűvé

19 Pigment-protein komplexek: Klorofill - protein komplexek: a) CC I. (P-700), I. reakciócentrum b) LHC I. I. fénybegyűjtő komplex apoprotein kód a sejtmagban c) CC II. (P-680), II. reakciócentrum (6 fehérje) d) LHC II. II. fénybegyűjtő komplex apoprotein kód a sejtmagban Fikobiliproteinek allofikocianin, fikocianin, fikoeritrin = fikobiliszóma

20

21 A fényenergia abszorpciója

22 A fény abszorpciója és a gerjesztési energia sorsa Fotoszintetikusan aktív fény ~ nm-ig Klorofill molekula: alapállapot (S 0 ), Egy  elektron kötő pályáról lazító pályára lép. szinglet (S 1 és S 2 ) és triplet (T 1 ) állapotok vörös fény elnyelése: S 1 állapot kék fény elnyelése: S 2 állapot A gerjesztési energia sorsa: hővé alakul, fluoreszcencia, fotokémiai reakciók (redox folyamatok) energia migráció vagy energia transzfer (azonos vagy kémiailag eltérő pigmenteknek adódik át az energia)

23 A klorofill fluoreszcenciája akkor is a vörös hullámhossz tartományba esik, ha kék fényt nyel el Ok: az S 2 -S 1 átmenet mindig hő formájában disszipálódik

24 A fény abszorpciója és a gerjesztési energia sorsa Kvantumhatásfok és kvantum szükséglet Kvantumhatásfok (Φ): azon excitált molekulák hányada, amelyek egy bizonyos módon veszítik el energiájukat. Értéke 0-1. Pl. fotokémiai reakciók száma/összes abszorbeált kvantumok száma (ált. 0.95) Kvantum szükséglet: az egy bizonyos reakciótermék (pl. O 2 ) létrejöttéhez szükséges kvantumok száma, azaz 1/ Φ.

25 A fluoreszcencia imázs analízis a lézerrel egy ponton gerjesztett fluoreszcencia terjedését mutatja a levél felszínén (a megvilágított minták effektív kvantumhatékonyságának a képe)

26 A növényzet fluoreszcenciája műholdas felvételeken is detektálható Kaliforniai öböl, algavirágzás, október 6., számítógépes színek, a kék az alacsony, a vörös a nagy intenzitású fluoreszcencia

27 Az antennapigmentek az elnyelt fényenergiát a reakciócentrum klorofilla felé továbbítják A fényenergia vándorlása: antenna pigmentek között: külső és belső antennák reakciócentrumok klorofill a molekulájához: II. fotokémiai rendszer: P680, I. fotokémiai rendszer: P700

28 Energiaátadás két pigment molekula között akkor történik, ha a donor molekula abszorpciós vagy fluoreszcencia spektruma részben fedi egymást

29 14-43 A fénygyűjtő komplex (LHC II. és I.) a kísérőpigmentek által elnyelt fényenergiát a reakciócentrum klorofillokhoz közvetíti. A fénybegyűjtő komplexek pigmentjei magasabbrendű növényekben klorofill a és b, karotin és xantofill molekulák, gyakran fehérjékhez kötődve. A gerjesztett pigmentek energiája rezonancia által átadódik a reakciócentrumba. A fényenergia kémiai energiává alakulása: töltésszeparációval Donor  Kla  Akceptor; Donor  Kla   Akceptor Donor  Kla   Akceptor  ; Donor   Kla  Akceptor  Energia migráció, energia transzfer és fotokémiai folyamatok

30 A két fotokémiai rendszer Korai bizonyítékok A „vörös esés” A „kromatikus átmenetek”

31 A két fotokémiai rendszer Korai bizonyítékok Az „erősítési effektus” Az „antagonisztikus effektus”

32 1. A PS II felépítése - reakciócentrum: D1 és D2 fehérjék: ehhez kapcsolódnak a feofitin (primer e - akceptor), a QA és QB kinon akceptorok, D1 fehérje 161. tirozin aminosava (primer e - donor) Mn 2+, Mn 3+ ionok (vízbontás) - reguláló sapka - proximális antenna - disztális antenna 2. Funkciói vízbontás: 2H 2 O  O 2 +4H + + 4e - proton keletkezik a lumenben, elektron lép az e - transzportláncba a plasztokinon redukciója

33 A PS II felépítése

34 A PS I felépítése Az I. fotokémiai rendszer Reakciócentrum: heterodimer kDa fehérje P-700; A0 (10 ps);, A1 (50 ps): elsődleges, másodlagos e-akceptorok (kla; ill. K-vitamin- fillokinon) Vas-kén centrumok: FX, FB, FA (4Fe-4S)

35 A PS I felépítése

36 Az elektrontranszportlánc felépítése - membránhoz kötött komponensek PS II, citokróm b 6 /f komplex, PS I, ferredoxin-NADP + reduktáz - mobilis komponensek plasztokinon pool, PQH 2 (membránban, PS II. és citokróm b 6 /f komplex között) plasztocianin, PC (lumen, citokróm b 6 /f komplex és PS I. közt) ferredoxin (PS I. és ferredoxin-NADP + reduktáz között)

37 Energiaszint változások a fotoszintézis folyamán

38 14-47 Az elektrontranszportlánc két formája A nem ciklusos elektrontranszport (Z séma) A ciklikus variációban a ferredoxin a citokróm b 6 /f komplexnek adja át az elektront. A fény ily módon a PSI egyedüli részvételével körbe hajtja az elektronokat és így hoz létre H + koncentráció-különbséget a sztróma és a luminális tér között. Ez ATP szintézisre használódik fel.

39 A PS II energia szint változásai és kinetikai paraméterei

40 Az LHC II szabályozza az energiamegoszlást a PS II és PS I között

41 Kautsky effektus II. A fluoreszcencia indukció és kioltás szakaszai F 0 = minimális fluoreszcencia F m = maximális fluoreszcencia F v = változó fluoreszcencia F v = F m - F 0 ; F v /F m max. 0,84 D → P; PSII → PSI e - átmenet Fluoreszcencia kioltás: fotokémiai és nem-fotokémiai P → M → T szakaszok

42 A vízbontó enzim állapotváltozásai S 0 : S 1 : S 2 : S 3 = 0,25 : 0,75 : 0 : 0

43 A plasztokinon mint mobilis komponens

44

45 A citokróm b 6 /f komplex működése oxidálja a PQH 2 -t, redukálja a PC-t a ciklusos elektrontranszportban oxidálja a ferredoxint proton átadást közvetít a sztrómából a lumenbe Fd -50 mV -150 mV -50 mV -150 mV

46 Reakciócentrum: 2 db centrális fehérje P700 klorofilla elsődleges (Kla) és másodlagos (K-vitamin) akceptorok vas-kén centrumok PC és ferredoxin kötő fehérjék Nem ciklusos elektrontranszport: az e - a NADP + felé, Ciklusos elektrontranszport: e - a citokróm b 6 /f komplex felé Ferredoxin, ferredoxin-NADP + reduktáz, NADP+ Eredmény: NADPH + H + A PS I. felépítése és működése

47 Ferredoxin-NADP reduktáz SZTRÓMA LUMEN

48 A kemiozmotikus mechanizmus. Fotofoszforiláció. Peter Mitchell 1963; Nobel díj 1978: Kapcsolódás a H+ elektrokémiai potenciálgradiens és a sejt munkavégzése között szelektíven permeábilis membránon keresztül:  μH + =  p =  ψ – 2.3RT  pH /F elektrokémiai proton membránpH gradiens H + gradiensmozgató potenciál  p =  ψ – 59  pH (mV) ATP szintáz (F 0 -F 1 típusú ATPáz) – fotofoszforiláció

49 8. A fotoszintetikus foszforiláció: a Mitchell-f. kemiozmotikus mechanizmus Jagendorf: az ATP képződés mechanizmusa, bizonyítás CF 0 /CF 1 ATP szintáz felépítése ATP szintézis

50 A fotoszintetikus foszforiláció: kemiozmotikus modell proton elektrokémiai potenciálgrádiens a lumen és a sztróma között: ezt használja fel az ATP- szintáz enzim az ATP szintézisére ADP-ből és anorganikus foszfátból

51 Az elektontranszportlánc és a foszforiláció A két folyamat között olyan szoros a kapcsolat hogy ATP-képződés nélkül az elektrontanszportlánc leáll és fordítva. Szétkapcsoló anyagok megszüntetik ezt a szoros kapcsolatot. Ilyen szétkapcsoló anyagok a következők: CCCP, valinomicin, gramicidin D, DCPIP stb. CCCP = karbonilcianid m-klorofenil hidrazon DCPIP = 2,6-diklorofenol indofenol

52 ÖSSZEFOGLALÁS


Letölteni ppt "Fotoszintézis I. Alapfogalmak A fotoszintézis mint redox folyamat A fotoszintetikus apparátus Pigmentek és pigment-protein komplexek A fény abszorpciója."

Hasonló előadás


Google Hirdetések