Das Redoxpotenzial und die Lichtsammelfalle - BIO

Primärreaktion
Die Primärreaktion bezeichnet man oft auch als lichtabhängige Reaktion, da sie im
Wesentlichen von der Lichteinstrahlung abhängig ist.
Um sie zu verstehen, muss man erst einmal das Prinzip des Redoxpotenzials genauer
betrachten und im Zuge dessen klären, was es heißt, Elektronen auf ein höheres
Energieniveau
zu bringen. Die Fotosynthese ist in ihrer Primärreaktion nämlich deshalb vom Licht abhängig,
da dieses Elektronen auf ein
negativeres Redoxpotenzial
senkt.
Das Redoxpotenzial und die Lichtsammelfalle
Wenn ein Elektron von einem Redoxsystem zum nächsten weitergereicht wird (Elektronentran
sportkette
),
geschieht das meistens unter Abgabe von
Reaktionsenergie
. Je stärker ein Elektron negativ geladen ist, desto höher ist seine potenzielle Energie. Hat es
beispielsweise ein sehr hohes Redoxpotenzial und wird sofort auf ein niedriges Potenzial
vermindert, würde dabei in einem Moment sehr viel Energie frei.
Gibt z.B. der rote Stoff (e- Donator) sein Elektron an den gelben Stoff (e- Akzeptor) ab, wird die
Redoxpoten
zialdifferenz
(=Reaktionsenergie) frei. Der rote Stoff wird dabei oxidiert, der gelbe reduziert.
Die freigewordene Energie kann dabei für verschiedene Zwecke genutzt werden. Im Falle der
Photosynthese z.B. um Protonen in den Thylakoidinnenraum zu pumpen.
Die Lichtsammelfalle fängt das Licht über den Lichtsammelkomplex ein, der wiederum aus
vielen einzelnen
Antennenpigmenten besteht. Diese werden durch das
Licht angeregt (ganz kurz) und leiten die Energie über Redoxreaktionen in das Innere, wo sich
das
Reaktionszentrum (Chlorop
hyll) befindet.
Dort wird diese Energie auf ein Elektron übertragen, das damit ebenfalls auf ein höheres
Redoxpotenzial gehoben wird. Das Elektron wird an einen Elektronenakzeptor (Fotosystem II:
Plastochinon) abgegeben und es durchläuft dann im Anschluss die eigentliche Primärreaktion.
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Primärreaktion
angeregt
t.
Dabei
1. Ein
2.
3.
Licht
Das
wird
wird.
weiteres
Elektron
fällt
Reaktionsenergie
aufFotosystem
wird
das Fotosystem,
durch Redoxreaktionen
kann
frei. durch
wodurch
Lichteinstrahlung
ein wieder
Elektron
aufauf
ein
erneut
ein
niedrigeres
höheres
das e- anregen.
Redoxpotenzial
Potenzial gebrach
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Die Primärreaktion im Detail
{slide=Fotolyse des Wassers}
1. Ein Enzym übernimmt die Fotolyse (Spaltung) des Wassers.
-> 2x H+ & 1/2x O2 entstehen
2. Der Wasserstoff bleibt im Thylakoid-Innenraum,
der Sauerstoff diffundiert über die Membran ins Stroma.
3. Durch die Fotolyse werden zwei e- frei, diese werden an einen Elektronenakzeptor abg
egeben.{/slide}
{slide=Elektronentransportkette 1}
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Primärreaktion
1. Das Fotosystem II (bestrahlt mit Licht der Wellenlänge 680nm) hebt das e- auf ein höher
es Redoxpotenzial
.
2. Plastochinon nimmt das e- auf (-> wird reduziert, Elektronenakzeptor)
und gibt es gleich an Plastocyanin ab (->Plastochinon wird oxidiert, Elektronendonator).
3. Die dabei frei werdende Reaktionsenergie wird von einem Cytochromkomplex zum Einp
umpen von H
+
verwendet
-> Ladungs- und Konzentrationsgefälle (elektrochem. Protonengradient){/slide}
{slide=Elektronentransportkette 2}
1. Das Fotosystem I (bestrahlt mit Licht der Wellenlänge 700nm) hebt das e- wieder auf ein
höheres Redoxpotenzial
.
2. Über Ferredoxin wird es auf die NADP-Reductase übertragen, wo NADP+ zu NADPH
+) reduziert
(+H
wird.
-> NADP+ + 2e- + 2H+ = NADPH + H+{/slide}
{slide=Fotophosphorylierung}
1. Die H+ im Thylakoid-Innenraum haben durch den elektrochemischen Protonengradient
ein natürliches Bestreben, einen Konzentrations- und Ladungsausgleich mit dem Stroma
außerhalb der Thylakoidenmembran herbeizuführen.
2. Die ATP-Synthase nutzt die beim Durchstrom freiwerdende Energie ("Wasserkraftwerk"),
um ADP mit einer Phosphatgruppe zu ATP zu phosphorylieren.{/slide}
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