Emerson Enhancement Effect?
Also die Frage mag sehr banal erscheinen, aber wir finden darauf bisher keine so richtige Antwort. Deshalb versuche ich hier vielleicht gute Antworten zu bekommen.
Also wie im Titel schon genannt geht es um den Emerson Enhancement Effect. Vor nicht zu langer Zeit hatten wir in Biologie Stoffwechsel und die Fotosynthese. Darunter fällt auch der Emerson Effekt, dass wenn beide Fotosysteme zusammenarbeiten eine höhere Fotosyntheserate zu erkennen ist, als wenn man nur P680 und P700 addiert.
So und herausgefunden hat er das, indem er das P680 System nur mit Wellen 680 nm bestrahlt hat und das P700 mit 700 nm. Soweit so gut. Dann hatten wir das Z-Schema.
Und da kommt unser erstes Problem. Wenn das P700 System nicht ohne das P680 System funktionieren kann, wieso ist Fotosynthese zu erkennen, wenn nur das P700 bestrahlt wird. Also Wellen, die das 680-System gar nicht aufnehmen kann.
Auf der Suche nach Antworten sind wir auf den Red-Drop (Auch von Emerson) gestoßen. Hier ist die Fotosyntheserate des P700 niedriger als des P680, aber sollte sie nicht bei Null sein?
Dann gibt es das Problem mit verschiedenen Diagrammen. Einige zeigen, dass P680 und P700 gleiche Leistung aufweisen, wenn sie geteilt arbeiten. Und scheinbar sind das gemessene Ergebnisse. (So ist es auch in unserer Literatur) Aber wie kann das sein, wenn sogar schon der Red-Drop-Effekt besagt, dass das P700 System weniger Fotosynthese zeigt?
Andere zeigen dann scheinbar, dass bei Wellen über 700 nm immernoch Leistung zu erkennen ist?
Vielleicht zeigen die Diagramme auch verschiedene Sachen, aber es sind doch einige Ungereimtheiten, die uns stören.
Im Internet finden wir irgendwie nichts. In den Papers von Emerson finden wir auch keine Antwort, wobei wir an nicht alle herankommen.
Ich habe irgendwie das Gefühl, dass die Antwort sehr simpel ist und hier ich wie ein Idiot dastehen werde. Ich will aber einfach einen Ansatz haben, um das zu verstehen.
1 Antwort
Und da kommt unser erstes Problem. Wenn das P700 System nicht ohne das P680 System funktionieren kann, wieso ist Fotosynthese zu erkennen, wenn nur das P700 bestrahlt wird. Also Wellen, die das 680-System gar nicht aufnehmen kann.
Das kann man nicht so schwarz/weiß sehen. Also die funktionieren nicht wie ein Kippschalter 680 an/ 690 aus.
Beide Photosysteme arbeiten teilweise überlappend. Mit verschiedenen Optima. Weil sie mit etwas unterschiedlichen Pigmentsystemen ausgestattet sind.
D.h. etwas neben 680 nm ist die Leistung von P680 (II) nicht gleich 0. Sondern schlechter, als bei 680 nm.
Auch wenn man die Pflanze mit Wellenlängen über 680 nm bestrahlt, gibt es eine Photosyntheseleistung. Indirekt messbar z.B. als O2-Produktion (y-Achse). Diese nimmt über 700 nm plötzlich stark ab, der "red-drop". Wenn man aber in diesem Experiment zugleich 650 nm bestrahlt, steigt die Photosyntheseleistung wie von Geisterhand deutlich an. Und zwar deutlich mehr, als einzeln mit 650 nm bestrahlt.
Das bedeutet, 700 nm ist für PS I nur dann optimal, obwohl es an seinem Optimum absorbierbaren Lichts liegt, wenn gleichzeitig kürzerwelliges Licht z.B. 650 nm vorhanden ist. Was es eigentlich gar nicht optimal benötigt. Und die Leistung ist dann höher, als bei getrennten Einzelmessungen, separat/hintereinander bei 650 und 700. Das ist der Emerson Effekt.
Dieses Verhalten der Pflanze deutet darauf hin, dass zwei Photosysteme aktiv sind, die verschiedene Wirkungsoptima haben, jedoch kooperativ zusammenarbeiten.
Die eine maximale Leistung zeigen, wenn beide ihr Wirkungsoptimum an Licht angeboten bekommen. Und diese Leistung höher ist, als wenn man jeweils nur das Wirkungsoptimum des einen oder des anderen anbietet.
Wenn die Beleuchtung nicht optimal ist von der Wellenlänge, ist die Photosynthese nicht unbedingt gleich 0. Sondern ihre Leistung geringer. Deswegen spricht man in der untersten Graphik von "Quantenausbeute". Das bedeutet, wie viel O2 kann die Pflanze bilden, als Ausdruck von Photosyntheseleistung, durch Absorption von Lichtquanten, je angebotener Wellenlänge (nm).
Dieser Versuch ist so aufgebaut, dass man, nichts böses denkend, die Wellenlängen einzeln durchgeht. Indem man die Pflanze nur mit jeweils einer Wellenlänge bestrahlt (oder mit zweien separat/nacheinander). Der Emerson-Effekt wird erst dann deutlich, wenn man sie mit zwei Lichtqualitäten gleichzeitig bestrahlt z.B. 650 nm + 700 nm. Dann ergeben sich plötzlich ganz andere Messwerte, als bei 700 nm allein oder 650 nm allein.
Was die Diagramme jetzt im einzelnen zeigen, muss man zusammen mit dem Text und der jeweiligen Diagrammbeschreibung verstehen, wo sie jetzt herausgerissen wurden. Die weichen vielleicht auch geringfügig ab, je nachdem was untersucht worden ist, welcher Modellorganismus, welche Versuchsbedingungen, z.B. welche Wellenlängen verwendet wurden 650, 680, 700, 710. Ihr müsst dann ein Diagramm wählen, zu Präsentationszwecken, was ihr versteht und wo die Erklärung nachvollziehbar ist.
"das" Photosystem gibt es ja nicht. Sicher hat das PS680, wenn das gemeint ist, oberhalb von 680 irgendwo "kein Empfang" mehr. Ich denke das äußert sich auch im red-drop-Effekt, wenn man beobachten kann, dass PS I einknickt, obwohl die Wellenlänge noch o.k. sein sollte, aber erst wieder zu Leistung kommt, wenn gleichzeitig 650 nm eingestrahlt wird. In dem Bereich über 700 wird sich PS II verabschiedet haben und kann PS I nicht mehr unterstützen. Erhält es Wellenlängen, bei denen es arbeiten kann (650 nm), kann es auch PS I bei über 700 wieder unter die Arme greifen und die Photosyntheseleistung steigt höher, als die Summe der messbaren Einzelleistungen (Emerson-Effekt).
Man kann sagen P680 "hat um 680 nm sein Wirkungsoptimum". Dann geht man allen gefährlichen Formulierungen aus dem Weg, wie "bis", "ab", die einem später angekreidet werden könnten. Wann es genau den Geist aufgibt, müsste man recherchieren, ich vermute aber der red-drop ist ein Anzeichen dafür, dass sich P680 aus der Affäre zieht. Und P700 dann "alleine gelassen" an Leistung verliert.
Sehr gern.
hier sind die Kurven (bei dir unterste), wie ich sie in Erinnerung habe:
https://www2.pic-upload.de/img/37436377/emerson23.jpg
Bildquelle: https://ressources.unisciel.fr/photosynthese/co/grain_46_1.html
Da sieht man die Differenz besser, was passiert, wenn PS I bei 700 nm in den red-drop-Effekt geht (bei Einzelbeleuchtung mit 700 nm) und was passiert, wenn gleichzeitig 650 nm zusätzlich gegeben werden.
Die Photosyntheseleistung macht einen großen Sprung nach oben (gestrichelte Linie) und bei dieser gestrichelten Kurve ist die Einzelleistung von PS II bei 650 nm allein, soweit ich mich erinnere, schon rausgerechnet.
D.h. der Sprung nach oben zeigt das Plus des synergistischen Zusammenwirkens von PS I + PS II im Sinne des Emerson-Effekts.
Das interpretiere ich so, wie oben gesagt, dass PS I bei 700 einzeln auf dem letzten Loch pfeift, weil PS II 680 bereits außer Empfang ist. Was natürlich den red-drop charakterisiert, dass oberhalb 680-700 nm nicht mehr viel zu holen ist, wie deine Quelle angedeutet hat.
Aber wehe man gibt 650 nm gleichzeitig. Dann springt PS II 680 wieder an und katapultiert die Leistung von PS I bei 700 krass nach oben. Wie gesagt, die Einzelleistung von PS II bei 650 nm ist aus der gestrichelten Kurve rausgerechnet. Der Sprung nach oben ist daher nur der synergistische Emerson-Effekt, das Plus was beide zusätzlich zeigen, wenn sie jeweils passend beleuchtet werden und zusammenarbeiten.
Also ist es falsch, wenn man sagt, das Fotosystem könne nur Wellen bis 680 nm abfangen? So steht es in der Literatur die wir erhalten haben. Ist es korrekt wenn man sagt, dass das Fotosystem P680 ihr Optimum bei 680 nm hat? Ich würde aber ihnen gerne meinen Dank aussprechen. Sie haben mir sehr geholfen :)