Fotosynthese Hilfe Biologie?
Worin besteht der Zusammenhang zwischen „zyklischer Elektronentransport“ und „nicht zyklische Lichtreaktion“, also was hat das mit der lichtabhängigen Reaktion bzw PS 1 und PS 2 zutun? Ich steig da noch nicht so rein
1 Antwort
da ist auch nicht leicht reinzusteigen^^ ich zeichne es zunächst mal in das bekannte "Z-Schema" der Photosynthese ein, damit klar wird, was der generelle Unterschied zwischen zyklischem und nicht-zyklischem Elektronentransport ist. Damit wird aber noch nicht klar, wie mit dem zyklischen Elektronentransport Energie gewonnen wird. Das schauen wir uns danach gesondert an.
Das Z-Schema ist ein relativ häufig verwendetes Schema der Photosynthese und findet sich in so gut wie jedem Schulbuch, daher möchte ich zunächst in diesem Schema den zyklische Elektronentransport lokalisieren:
Bildquelle: gemeinfrei
Die Abbildung zeigt, dass in der Lichtreaktion dem Wasser unter Energieaufwand (Sonnenlicht) Elektronen (e-) entnommen werden (unten links) und auf einen Akzeptor, das NADP+ übertragen werden (oben rechts).
Dieser Elektronentransport würde so nicht freiwillig ablaufen, da er energetisch "bergauf" verläuft. Um ihn zu ermöglichen, wird der Transport an zwei Stellen durch die Absorption von Sonnenlicht angeregt.
Dies geschieht durch zwei Photosysteme. Das sind Proteinkomplexe, die Chlorophyll und andere Pigmente enthalten. Die Anregung des Photosystems II wird zudem genutzt, um ATP-Bildung zu betreiben und da sind wir auch schon beim zyklischen Transport. Ich habe es nochmal rot nachgemalt, obwohl da schon rote Pfeile drin sind, die es andeuten sollen. Die Elektronen zweigen kurz vor dem Akzeptor NADP+ ab und werden nicht auf ihn übertragen, sondern zirkulieren in einem Teilabschnitt des Z-Schemas, indem sie wieder in den Elektronentransport von vorher eingespeist werden und erneut über PSI laufen, also praktisch im Kreis, "zyklisch". Warum?
Dieser Teil des zyklischen Elektronentransports ist eine Urform der Photosynthese, als diese noch nicht wasserspaltend war und mit nur einem Photosystem auskam (nämlich PS I). Der wasserspaltende Komplex des Photosystems II entwickelte sich im Laufe der Evolution erst später. Das Z-Schema mit zwei kooperierenden Photosystemen, wie wir es oben sehen, ist also eine Weiterentwicklung aus dem alten System, welches von nur einem Photosystem angetrieben wurde. Die verkürzte Form der Photosynthese, ohne Sauerstoffproduktion, mit nur einem Photosystem (I) ist ein Relikt aus der Urzeit und findet sich noch heute bei manchen Bakterien. Im modernen System der höheren Pflanzen findet man diesen Teil immer noch "integriert" wieder, da ATP neben NADPH+H+ immer noch ein benötigtes Produkt der Lichtreaktion ist. Man sieht an dem Beispiel sehr schön, dass Evolution oft nicht so gern Gutes verwirft, sondern bewahrt und lieber darauf aufsetzt, um es innovativ weiter zu entwickeln.
Im nicht-zyklischen Transport gehen die Elektronen aus dem Z-Schema raus auf NADP+ und müssen entsprechend durch Spaltung von Wasser an PSII in die Kette "nachgefüllt" werden.
Damit ist aber immer noch nicht klar, wie durch den zyklischen Transport nun Energie in Form von ATP gewonnen werden kann. Dazu möchte ich eine andere Abbildung verwenden, die die Komponenten des Elektronentransports in räumlicher Anordnung in der Thylakoidmembran des Chloroplasten zeigen:
Bildquelle: wikipedia, credits: David Berard, CC0, link: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cyclic_Photophosphorylation.svg
Wir sehen links PSII, den Transport zu PSI, im nicht-zyklischen Transport die Übertragung auf NADP+ und jetzt schauen wir uns den zyklischen Transport noch einmal genauer an, der hier ockerfarben unterlegt ist. Die Elektronen zweigen vor NADP+ Übergabe ab und werden in den Elektronentransport von vorher eingespeist und zwar zum Cytochrom-b6/f-Komplex (Cytochrome) zurückgereicht, dann von Plastocyanin (Pc) wieder an PSI übertragen, dieses wird durch Licht angeregt und wieder zurück zum Cytochrom-b6/f-Komplex u.s.w.
Mit jedem Zyklus werden Protonen (H+) durch die Thylakoidmembran in das Thylakoidlumen gepumpt und so über die Thylakoidmembran ein Protonengradient aufgebaut. Die H+-Ionen können dann (rot gepunktete Linien) über ATP-Synthase zurück ins Lumen des Chloroplasten fließen und dabei wird ATP erzeugt. Jetzt wird klar, weshalb der zyklische Elektronentransport läuft, er ist ein lichtgetriebener Motor für einen H+-Transport über die Thylakoidmembran. Der aufgebaute H+-Ionengradient über die Thylakoidmembran ist eine Art Zwischenspeicher des Sonnenlichtes und wird dann zur ATP-Synthese verwendet. LG
*"Die Anregung des Photosystems II wird zudem genutzt, um ATP-Bildung zu betreiben"
muss natürlich heißen "des Photosystems I"
Ah jetzt hab ich das verstanden danke! Was pssiert eigentlich wenn diese Elektronenlpcke nicht geschlossen wird bzw. werden kann? Gibts da folgen? Kann der Transport dann nicht stattfinden ?