INHALTSVERZEICHNIS

Photosynthese - Hill Reaktion
INHALTSVERZEICHNIS
1 Theoretischer Hintergrund
-2-
1.1 Aufbau der Chloroplasten
-2-
1.2 Die Photosysteme
-3-
1.3 Lichtreaktion (Primärvorgang der Photosynthese)
-5-
1.3.1 Der nichtzyklische Elektronentransport
-5-
1.3.2 Zyklischer Elektronentransport
-6-
1.3.3 Mechanismus der ATP- Synthese
-7-
1.3.4 Emerson- Effekt
-7-
1.4 Die Dunkelreaktion
-7-
1.4.1 Photorespiration
-8-
1.5 Die verschiedenen Anpassungswege der Pflanzen
-8-
1.5.1 C3 Pflanzen
-8-
1.5.2 C4- Pflanzen
-9-
1.5.3 CAM- Pflanzen (Crassulacean Acid Metabolism)
- 10 -
2 Material und Methoden
- 11 -
3 Ergebnisse
- 13 -
4 Diskussion
- 14 -
5 Literaturangaben
- 15 -
-1-
Photosynthese - Hill Reaktion
1 Theoretischer Hintergrund
Die Photosynthese ist so wichtig, weil es ohne sie kein Leben auf der Erde gäbe. Nur
sie macht die Umwandlung der Strahlungsenergie unserer Sonne in für die
Lebewesen nutzbare Energie möglich.
Dabei werden von chlorophyllhaltigen Lebewesen unter Lichteinwirkung organische
Stoffe gebildet, der dann wieder von anderen Lebewesen genutzt werden kann.
Die Lichtenergie direkt kann nur von autotrophen Organismen genutzt werden, da
sie ihre benötigte Energie aus der Umsetzung anorganischer Substanzen gewinnen
(Assimilation) können. Außerdem sorgen sie für eine beständige O2-Konzentration in
der Luft von 21%.
Heterotrophe Organismen können dagegen organische Stoffe nicht selbst
produzieren, sondern müssen auf organische Stoffe zurückgreifen, die andere
Organismen hergestellt haben.
1.1 Aufbau der Chloroplasten
Die Photosynthese findet in speziellen Plastiden, den Chloroplasten statt, diese
kommen hauptsächlich in den Blättern aber auch im Stiel und anderen Teilen der
Pflanze vor und befinden sich dort in den Mesophyllzellen. Sie entstehen unter
Lichteinwirkung aus Proplastiden. Dabei kommt es zu vielen Einstülpungen der
inneren Membran in das Stroma, die Thylakoide genannt werden. Dicht gestapelte
Thylakoidbereiche sind Grana.
Abb. 1: Der Chloroplasten Aufbau [Campbell: Biologie; 2.korrigierter Nachdruck; 2000]
Laut der Endosymbionten Theorie waren Chloroplasten ursprünglich CyanoBakterien, die in ein anderes Bakterium einwanderten um nun symbiontisch zu leben.
-2-
Photosynthese - Hill Reaktion
Man geht davon aus, dass es sich um Cyanobakterien handelt, da diese nicht nur die
einzigen Bakterien mit Chlorophyll a und b sind, sondern auch das Photosystem Ι
und ΙΙ besitzen und somit oxygene Photosynthese betreiben können.
Das Photosystem 1 ist in der Stromamembran, das Photosystem 2 in der
Granamembran lokalisiert.
1.2 Die Photosysteme
Um Lichtenergie in chemische Energie effektiv umwandeln zu können benötigen
Pflanzen sogenannte Licht-Einfang-Komplexe, Light-Harvesting-Complexes (LHC).
Diese Komplexe bestehen aus Antennenpigmenten, die trichterförmig um ein
Zentrum herum angelagert sind. Sowohl bei Photosystem I als auch bei Photosystem
II sind die zentralen Pigmente aus Chlorophyll a, der Unterschied der beiden Zentren
liegt nur daran, dass sie an unterschiedliche Proteine gebunden sind. Die
Antennenpigmente bei PS I und PS II bestehen aus unterschiedlichen Pigmenten,
die verschiedene Absorptionsmaxima haben und strukturelle Unterschiede
aufweisen. Der LHC 2 des PS II ist hauptsächlich in die Grana-Thylakoid-Membran
eingebaut, wogegen der LHC 1 vorwiegend in die Membran der Stroma-Thylakoide
eingelagert ist. Die Antennenpigmente sind ihrem Redoxpotential nach angeordnet.
Die Pigmente, die am nächsten zum Zentrum stehen, besitzen das höchste
Redoxpotential.
Sie dienen zum Schutz vor Photooxidation bei zu hohem Lichteinfall, bei geringer
Sonneneinstrahlung fangen sie Licht auf und leiten es zum Reaktionszentrum weiter,
umso die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass genügend Licht für die Photosynthese
zur Verfügung steht.
Diese Weiterleitung von Licht ins Reaktionszentrum, welche als Lichtsammelreaktion
bezeichnet wird, läuft folgendermaßen ab:
Fällt Licht auf ein oder mehrere Antennenpigmente, werden deren Elektronen
angeregt. Diese aufgenommene Energie wird durch den Excitonentransfer an
Nachbarpigmente weitergegeben bis hin zum Reaktionszentrum, wo dann das
Chlorophyll a angeregt wird und sein Elektron in ein höheres Energieniveau gehoben
wird. Unter Excitonentransfer versteht man einen strahlungslosen Energietransfer
von den Antennenpigmenten zum Zentrum.
Beispiele für Pigmente sind:
-3-
Photosynthese - Hill Reaktion
Chlorophyll a, b
Sie bestehen aus einem Porphyrinringsystem, in dessen Zentrum ein Mg2+-Ion
eingelagert ist. Das Doppelbindungssystem verursacht die Färbung des Pigments, da
durch dieses Doppelbindungssystem die Elektronen leicht angeregt werden können,
da die Elektronen bereits delokalisiert vorliegen. Ihr Absorptionsmaximum liegt im
Bereich 400 bis 480 nm und 550 bis 700 nm. Zudem besitzen beide noch einen
lipophilen Phytolschwanz. Der Unterschied der beiden liegt nur darin, dass
Chlorophyll a eine Methylgruppe und Chlorophyll b eine Aldehydgruppe besitzt.
Abb.2: (http://www.succulent-plant.com/misc/chlorophyll.gif)
Um das Lichtspektrum nicht nur in den Absorptionsbereichen der Chlorophylle
verwenden zu können, haben die Pflanzen noch andere Pigmente, wie die
Carotinoide und die Xanthophylle. Sie haben ihr Absorptionsspektrum in den
Lücken der Chlorophylle. Wie zum Beispiel das β-Carotin, welches sein
Absorptionsspektrum zwischen 400-540nm hat.
Weitere photosynthetisch aktive Pigmente sind z.B. Bacteriochlorophylle, welche
den ultravioletten (300nm bis 400nm) und infraroten Bereich (800nm bis 900nm) des
Spektrums nutzen können. Diese besonderen Chlorophylle findet man wie der Name
bereits sagt nur in Bakterien.
Auch Phycobiliproteide (wie Phycocyane und Phycoerythrine), die ebenfalls als
Photosynthesepigmente fungieren können, findet man nicht in Pflanzen, sondern nur
in Cyanobakterien, Rotalgen und Cryptophyteen.
-4-
Photosynthese - Hill Reaktion
1.3 Lichtreaktion (Primärvorgang der Photosynthese)
Unter Lichteinstrahlung wird im Photosystem I (PS I) die erste Lichtreaktion, im
Photosystem II (PS II) die zweite Lichtreaktion ausgelöst, indem beide Photosysteme
in einen energiereicheren Zustand versetzt werden. Durch diese Energiezunahme
und der Ausbildung eines Protonengradienten wird die Synthese von ATP und
NADPH/H+ angetrieben, indem die energiereichen Elektronen über Photo- und
Redox- Systeme transportiert werden. Dabei fungiert z.B. NADP als
Elektronentransportmittel.
Hierbei stehen den Elektronen zwei Wege offen.
1.3.1
Der nichtzyklische Elektronentransport
Beim nichtzyklischen Elektronentransport werden die Elektronen, die von den
Pigmentmolekülen abgegeben werden, nicht zu ihrem Ausgangsort
zurücktransportiert.
Absorbiert das Photosystem II das Licht, so wird das sich im Reaktionszentrum
befindende Chloropyll a, auf ein höheres Energieniveau gebracht. Dadurch werden
zwei Elektronen freigesetzt, die von einem primären Elektronenakzeptor, dem
Pheophytin a, eingefangen werden. Das durch das Licht oxidierte Chlorophyllmolekül
weist nun eine Elektronenlücke auf, welche durch die Photolyse des Wassers wieder
aufgefüllt wird. Bei dieser lichtinduzierten Wasserspaltung entstehen pro
Wassermolekül zwei Protonen, zwei Elektronen und ½ O2.
Die zwei Elektronen werden vom Pheophytin über ein fest gebundenes Plastochinon
QA auf das reversibel gebundene Plastochinon QB übertragen, welches sich nach
Anlagerung von zwei Protonen in Plastohydrochinon umwandelt. Dieses
Plastohydrochinon löst sich vom PS II ab und bindet an einen Cytochrom b6, fKomplex, wobei die zwei Elektronen an diesen Komplex übertragen werden. Die
Verbindung zwischen dem Cytochrom b6, f-Komplex und dem PS I bildet
Plastocyanin, welches die Elektronenlücke, die durch die erste Lichtreaktion im PS I
entstanden ist wieder auffüllt.
Absorbiert das PS I das Licht, so wird wie beim PS II das Chloropyll a auf ein
höheres Energieniveau gebracht, wodurch ebenfalls Elektronen abgegeben werden.
Diese Elektronen werden zuerst auf ein noch nicht genau identifiziertes
Akzeptormolekül übertragen, welches unter Mitwirkung eines Eisen- Schwefel-5-
Photosynthese - Hill Reaktion
Komplexes Ferredoxin reduziert. Dieses wiederum überträgt die Elektronen auf die
Ferredoxin- NADP- Reduktase, die durch Anlagerung von zwei Protonen NADP+ zu
NADPH/H+ reduziert.
Abb. 3: Der nichtzyklische Elektronentransport [Campbell: Biologie; 2.korrigierter Nachdruck; 2000]
Diese auf diesem Weg gebildeten Produkte (siehe folgende Reaktionsgleichung)
werden bei der anschließenden Dunkelreaktion, in dessen Verlauf die Synthese von
Zucker erfolgt, benötigt.
12 H2O + 18 ADP + 18 Pi + 12 NADP+ Licht

→ 6 O2 + 18 ATP + 12 NADPH/H+
1.3.2
Zyklischer Elektronentransport
Da bei der Dunkelreaktion mehr ATP als NADH/H+ benötigt wird, können die
Elektronen zusätzlich noch den zyklischen Elektronentransport durchlaufen, der
allerdings nur beim PS I vorhanden ist.
Und falls bei der Dunkelreaktion das beim nichtzyklischen Elektronentransport
gebildete ATP ausgeht, so liegt ebenfalls eine höhere Konzentration von NADPH/H+
als von ATP vor. Dadurch wird die Pflanzenzelle veranlasst, auf zyklischem Weg
mehr ATP zu produzieren.
Hierbei werden die Elektronen von Ferredoxin auf den Cytochrom b6, f- Komplex
übertragen. Dadurch wird Plastochinon zu Plastohydrochinon reduziert, welches die
Elektronen zum PS I weiterleitet.
-6-
Photosynthese - Hill Reaktion
1.3.3
Mechanismus der ATP- Synthese
Sowohl beim nicht- zyklischen, wie auch beim zyklischen Elektronentransport erfolgt
eine als Photophosphorylierung bezeichnete ATP- Synthese, deren genauer
Mechanismus noch nicht geklärt ist. Allerdings geht man davon aus, dass sie im
Wesentlichen auf der chemiosmotischen Theorie, welche von MITCHELL formuliert
wurde, beruht. Die beiden PS liegen so in der Tylakoidmembran, dass die
Elektronendonatoren auf der Innenseite und die Akzeptoren auf der
Stromaaußenseite liegen. Daraus folgt, dass während der Lichtreaktion Elektronen
durch die Tylakoidmembran von innen nach außen transportiert werden, wodurch
sich Protonen an der Innenseite anlagern und sich ein Protonengradient ausbildet.
Der Abbau des Protonengradienten erfolgt über eine ATP- Synthetase, welche
Protonen von innen nach außen pumpt und dadurch ATP synthetisiert.
1.3.4
Emerson- Effekt
In diesem Experiment wurde die Zusammenarbeit des ersten und zweiten
Photosystems mit Hilfe der Quantenausbeute (mol O2 pro mol Quanten) bewiesen.
Bei der Bestrahlung mit Licht der Wellenlängen 650 und 700nm wurde eine höhere
Quantenausbeute ermittelt, als wenn man Pflanzen nacheinander mit 650 und mit
700nm bestrahlt hat.
1.4 Die Dunkelreaktion
Die Photosynthese besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil ist die Lichtreaktion (der
Photo-Teil) und der zweite Teil ist die sogenannte Dunkelreaktion (der SyntheseTeil). Dieser Synthese-Teil der Photosynthese ist, nach Melvin Calvin, als Calvin
Zyklus benannt. Außerdem findet er im Stroma der Thylakoide statt.
Den Calvin- Zyklus kann man in drei Abschnitte unterteilen. Er beginnt mit der
Fixierung von CO2, welches durch die Spaltöffnungen der Pflanze aufgenommen
wird, durch Rubisco. Rubisco ist ein Enzym, Ribulose-bisphosphat-CarboxylaseOxygenase, welches die Carboxylierung von RbuP katalysiert. Folglich benötigt man
für die CO2-Fixierung kein Licht.
Es entsteht ein instabiles C6-Molekül, welches in zwei 3-Phosphoglycerat (C3Moleküle) zerfällt. Dieses Phosphoglycerat wird unter ATP-Verbrauch phosphoriliert
zu 1,3-Bisphosphoglycerat und anschließend mit den Reduktonsäquivalenten
NADPH als Reduktionsmittel, welche aus der Lichtreaktion stammen, zu
-7-
Photosynthese - Hill Reaktion
Glycerinaldehyd-3-Phosphat (GAP) reduziert. Diese Reduktion ist der zweite Schritt
des Calvin Zyklus. Die vorhergegangene Phosphorilierung liefert die Energie für die
Reduktion.
Dieses GAP wird dem Zyklus entzogen. Das GAP dient als Ausgangsstoff für die
Synthese von Zucker und anderen organischen Molekülen. Es wird aber nicht das
gesamte GAP verbraucht, sondern ein bestimmter Anteil dient zur Regeneration des
CO2-Akzeptors, dem RuBP. Diese Regeneraton stellt die dritte Phase des Zyklus
dar. In dieser Phase wird GAP durch ATP-Verbrauch (6 ATP bei 10 GAP-Molekülen)
phosphoryliert und die Moleküle von 10 GAP werden so umgeordnet, dass von
Ribulose-1,5-bisphosphat wieder 6Moleküle hergestellt werden.
Bilanz des Calvin-Zyklus:
6 CO2 + 12 NADPH/H + + 18 ATP → C6H12O6 +12 NADP+ + 18 ADP + Pi + 6 H2O
1.4.1
Photorespiration
Rubisco hat eine bemerkenswerte Eigenschaft in seiner Struktur. Dieses Enzym
kann am selben katalytisch aktiven Zentrum nicht nur CO2 binden, sondern auch O2,
und als Substrat umsetzen. Sind z.B. an heißen Tagen die Spaltöffnungen der
Pflanzen geschlossen, um einen zu hohen Wasserverlust zu vermeiden, steigt der
Sauerstoffpartialdruck in den Blättern stark an und es bindet sich auch Sauerstoff an
den CO2-Akzeptor. Dies hat zur Folge, dass O2 verbraucht wird und CO2 produziert
wird. Diesen Prozess nennt man Photorespiration, da sie bei Licht stattfindet und
(Respiration = Atmung) der Zellatmung gleicht.
Der Unterschied zwischen Zellatmung und Lichtatmung ist aber, dass bei der
Lichtatmung kein ATP produziert wird. Die Photorespiration behindert zudem noch
die Photosynthese, da sie organische Stoffe aus dem Calvin Zyklus entzieht.
1.5 Die verschiedenen Anpassungswege der Pflanzen
1.5.1
C3 Pflanzen
In Mitteleuropa nutzen die meisten Pflanzen den Calvin Zyklus (s. Abschnitt 1.4.) für
die erste Fixierung von CO2, während dessen ein stabiler C3 Körper entsteht
(=> C3 Pflanze).
-8-
Photosynthese - Hill Reaktion
Da C3 Pflanzen um Photosynthese betreiben zu können, ihre Spaltöffnungen
geöffnet lassen müssen, haben sie in heißen Gegenden das Problem, das dadurch
starke Wasserverluste durch Verdunstung drohen. Machen sie die Stomata aber zu,
verlangsamt sich der Calvin Zyklus und O2 wird anstatt CO2 an Ribulose-1,5biphosphat geknüpft. Durch diese Oxidation zerfällt das Molekül. Die dabei
entstandene Glycolsäure wird über die Peroxisomen ins Mitochondrium transportiert.
Dabei entstehen CO2, Serin und Glycin.
Bei langen Trockenperioden hat die Pflanze deshalb das Problem, das sie
verhungert. Darum wurden unterschiedliche Strategien entwickelt, um in extremen
Gegenden überleben zu können, wie .z.B. eine hohe Austrocknungstoleranz,
Xeromorphie, Sukkulenz, C4 Photosynthese oder die verlegung der Photosynthese in
die kühlere Nacht, wie bei den CAM Pflanzen.
1.5.2
C4- Pflanzen
Charakteristisch für die C4- Pflanzen sind die Bündelscheiden, die die Leitbündel
kranzförmig umgeben und deren Chloroplasten keine Granabereiche besitzen. Bei
dieser Variation der CO2- Fixierung erfolgt der primäre CO2- Einbau und die damit
verbundene Bildung von Malat in den Mesopylzellen, die den Bündelscheiden
benachbart sind, statt. Diese CO2- Fixierung wird durch die PEP- Carboxylase, die
das CO2 an PEP bindet (PEP= Phosphoenolpyruvat), katalysiert. Durch diese
Anlagerung entsteht ein C4- Körper, das Oxalacetat, welches durch die Reduktion
von NADPH/H+ zu Malat umgewandelt wird. In den Bündelscheidenzellen wird das
gebildete Malat in CO2 und Pyruvat gespalten, wobei sich das Pyruvat durch
Phosporylierung zu PEP regeneriert und das CO2 in den Calvin- Zyklus eingeleitet
wird.
Diese Art der CO2- Fixierung mit Hilfe der PEP- Carboxylase ist ein Weg der
Photorespiration entgegenzuwirken. Denn auf Grund der höheren Affinität der PEPCarboxylase zu CO2 im Gegensatz zu RUBISCO, ist gewährleistet, dass immer
genügend CO2 in den Calvin- Zyklus eingeschleust wird oder in Form von Malat,
Aspartat gespeichert vorliegt.
-9-
Photosynthese - Hill Reaktion
1.5.3
CAM- Pflanzen (Crassulacean Acid Metabolism)
Diese Variante des CO2- Einbaus über C4- Dicarbonsäuren wurde bei der Familie der
Crassulaceen (Dickblattgewächse) entdeckt und stellt eine Anpassung von Pflanzen,
die an trockenen und heißen Standorten wachsen, dar. Auf Grund des
Wassermangels und der hohen Temperaturen, und dem damit verbundenen
Transpirationsanstieg, sind die Spaltöffnungen der Pflanzen am Tag geschlossen.
Während der Nacht, die niedrigere Temperaturen und eine relativ höhere
Luftfeuchtigkeit aufweist, nehmen die Pflanzen CO2 auf und fixieren diesen mit Hilfe
der PEP- Carboxylase an PEP. Das gebildete Oxalacetat wird nun als Malat,
Aspartat oder in Form von anderen Carbonsäure- Anionen gespeichert. Während des
Tages läuft die Lichtreaktion ganz normal ab und es wird ATP und NADPH/H+
gebildet mit dessen Hilfe die gespeicherten Carbonsäure- Anionen weiter in Zucker
umgewandelt werden. Der Hauptunterschied zwischen C4- und CAM- Pflanzen ist,
das bei den CAM- Pflanzen die CO2- Fixierung zeitlich von der Zuckersynthese
getrennt ist.
- 10 -
Photosynthese - Hill Reaktion
2 Material und Methoden
• Hintergrund des Versuchs
Das die Chloroplasten der Ort der Photosynthese sind, kann über die Teilreaktion der
Photolyse (s. Abschnitt ) nachgewiesen werden. Dies wurde schon von R. Hill im
Jahre 1937 beobachtet, deshalb auch Hill Reaktion.
Normalerweise reduzieren die freigesetzten e- den primären e--Akzeptor im
Photosystem II, der dadurch regeneriert wird und erneut e- in die
Elektronentransportkette abgeben kann. Da isolierten Chloroplasten dieser e-Akzeptor nicht zur Verfügung steht, kann man stattdessen Fe3+ oder (wie hier)
DCPIP (Dichlor Phenol Indophenol) als Oxidationsmittel anbieten. Durch Reduktion
verliert der violett-blaue Farbstoff seine Färbung, die mit einem Spektralphotometer
quantitativ gemessen werden kann, denn die Umsetzung zur reduzierten Form ist
proportional zur Aktivität der Chloroplasten.
Im Versuch soll so die Aktivität der Chloroplasten unter verschiedenen Bedingungen
(belichtet, unbelichtet, Kochen, Hemmung) beobachtet und in ein Diagramm
eingetragen werden.
• Zellfraktionierung
für die Chloroplastensuspension
10 g Spinat (junge Blätter, ohne Stiel) werden mithilfe von Quarzsand im gekühlten
Mörser zerrieben, bis sich eine homogene Suspension mit den 10 ml beigegebener
Saccharose-Lösung (0,5 M) ergibt. Die Suspension wird nun filtriert und das
gewonnene Filtrat für 5min bei 1000 U/min zentrifugiert. Dieser erste Überstand wird
zuerst 7 min und der zweite Überstand dann nochmal für 3 min bei 3500 U/min
zentrifugiert. Die Chloroplastenfraktion davon wird auf zwei Reagebzgläser aufgeteilt,
in denen sich schon jeweils 4,5 ml Propylenglycol-Lösung befinden. Diese Mischung
wird ein letztes Mal zentrifugiert (3min bei 1000U/min), um noch enthaltenen
Quarzsand zu entfernen.
• Ansetzen
der verschiedenen Reaktionslösungen
- 11 -
Photosynthese - Hill Reaktion
In insgesamt 9 Reagenzgläser werden jeweils 9 ml Pufferlösung (0,4 M
Kaliumphosphatpuffer + 0,08 M KCl) und 1ml Chloroplastensuspension zusammen
mit folgenden Proben angesetzt:
A1,2 gekocht belichtet
B1,2 ungekocht belichtet
C1,2 ungekocht unbelichtet
D1,2 ungekocht belichtet, mit DCMU
E Standard aus Puffer und Chloroplastensuspension
Zu jedem RG ausgenommen E werden 0.6ml der DCPIP-Lsg. gegeben.
Ansatz A wird nach der ersten Messung der Extinktion im heißen Wasserbad
gelagert, die RG von Ansatz C sollten zum Lichtschutz mit Alufolie umwickelt und
solange man sie nicht braucht im Schrank aufbewahrt werden. Bei der Arbeit mit
Ansatz D werden wegen der Reaktivität des Hemmstoffes DCMU Handschuhe
getragen.
• Photometrische
Bestimmung
Um die Umsetzung des Farbstoffs über die Zeit zu bestimmen, wird alle 10min von
jeder Probe die Extinktion E bei 600 nm photometrisch bestimmt, nachdem mit
Ansatz E als Nullwert kalibriert wurde. Da der Stoffgehalt laut dem Lambert-BeerGesetz ( E = ε ⋅ c ⋅ d ) direkt proportional zur Extinktion E ist, kann E in einem
Diagramm gegen die Zeit aufgetragen werden, um die Umsetzung des DCPIP (->
Änderung der Farbstoffmenge) im Laufe der Zeit zu zeigen.
- 12 -
Photosynthese - Hill Reaktion
3 Ergebnisse
Zu Beginn der Messungen wurde die Suspension A sichtbar zu wenig im Vertikutierer
geschüttelt, denn es waren noch zwei Phasen zu erkennen.
Außerdem wurde im Laufe des Versuchs deutlich, das sich die Werte nicht so wie
erwartet entwickeln, deshalb wurde nach der vierten Messung abgebrochen.
Tab.1: Extinktionswerte der Chloroplastensuspensionen
A1
A2
A MW
B1
B2
B MW
C1
C2
C MW
D1
D2
D MW
0
1,337
0,7
1,019
0,79
0,813
0,802
0,674
1,32
0,997
0,465
0,688
0,576
10
0,447
0,365
0,406
1,257
1,191
1,224
0,905
1,371
1,138
1,175
1,33
1,253
20
0,255
0,386
0,321
1,336
1,375
1,355
0,991
1,468
1,229
1,26
1,377
1,319
30
0,435
0,482
0,459
1,422
1,439
1,431
1,104
1,466
1,285
1,295
1,366
1,331
Aus den restlichen Werten wurde folgendes Diagramm erstellt:
Kurvenverlauf der Proben
1,6
1,4
Extinktion
1,2
Ansatz A
Ansatz B
Ansatz C
Ansatz D
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
10
Zeit [min]
20
30
Diagramm 1: Kurvendarstellung der Werte
Die Kurve zu Ansatz A (gekocht, belichtet) ist am Anfang relativ hoch, fällt dann aber
stark ab um dann etwa gleich zu bleiben.
Ansatz B (ungekocht, belichtet) steigt zunächst stark an, um nach der zweiten
Messung nur noch leicht zu steigen.
- 13 -
Photosynthese - Hill Reaktion
Die Extinktionswerte des zwar auch ungekochten aber unbelichteten Ansatz´s C
stiegen leicht aber stetig an.
Und die Kurve zu Ansatz D (mit Hemmstoff) hatte zu Anfang einen sehr niedrigen
Wert, der dann bei der zweiten Messung sehr hoch wurde und da auch blieb.
4 Diskussion
Unsere ermittelten Versuchsergebnisse entsprechen bei keinem Ansatz den
Erwartungen.
Normalerweise hätten bei der ersten Messung die Extinktionswerte bei allen vier
Proben gleich sein müssen, da die erste photometrische Bestimmung sofort nach der
Zugabe des Farbstoffs durchgeführt wurde. Das heißt, dass der zugegebene
Farbstoff DCPIP noch in der oxidierten (blauen) Form vorliegen müßte.
Für Lösung B kann dieser Fehler dadurch erklärt werden, dass die Lichtreaktion
bereits während diesem relativ kurzen Zeitraum einsetzte.
Da Lösung C von Anfang an in Alufolie eingepackt war, konnte man nicht sehen, ob
die Suspension vor dem Umfüllen in die Küvette homogen ist. Dies verfälscht
natürlich nicht nur den Anfangswert, sondern kann sich durch den ganzen Versuch
ziehen.
Aber nicht nur der Beginn, sondern auch der weitere Verlauf der Messungen verlief
völlig unerwartet, weswegen wir den Versuch auch nach der vierten Messung
abbrachen.
Erwartet hätten wir, dass sich Lösung B als Einzige entfärbt bzw. dass die
Extinktionswerte niedriger werden, da der Farbstoff ja als Elektronen- Akzeptor
während der Lichtreaktion dient und es dadurch zur Entfärbung der Lösung kommt.
Bei den anderen drei Lösungen sollte es zu keiner sichtbaren Entfärbung kommen,
da entweder durch Erhitzen alle Enzyme in der Lösung denaturieren (Lösung A)
oder die Lichtreaktion nicht stattfinden kann, weil die Lösung im Dunkeln aufbewahrt
wurde (Lösung C) bzw. ein Hemmstoff (DCMU) zugegeben wurde (Lösung D).
Bei Lösung A hätte es sogar zu einem Anstieg der Extinktionswerte kommen
können, da die denaturierten Enzyme durch die große Hitze im Wasserbad
- 14 -
Photosynthese - Hill Reaktion
ausflocken und damit die Extinktion verändert wird. Stattdessen fallen die Werte
stark, als ob die Enzyme im Wasserbad perfekte Lebensbedingungen vorgefunden
hätten.
Da Lösung C unbelichtet blieb, hätte keine Lichtreaktion stattfinden dürfen, d.h. die
Werte hätten konstant bleiben sollen. Die von uns ermittelten Werte steigen aber im
Laufe der Messungen leicht an, obwohl man eher erwarten würde, dass die Werte
leicht abnehmen, da die Lösung in der Küvette während der Messungen leicht
belichtet wurde.
Aus den gemessenen Extinktionswerten der Lösung D müßte sich annähernd eine
Gerade bilden lassen, da der Hemmstoff DCMU die Elektronenübertragung blockiert
und damit keine Lichtreaktion stattfinden kann.
Damit gibt es normalerweise keine Entfärbung und somit auch keine Abnahme der
Extinktionswerte. Stattdessen steigen die Werte stark an, was sich aber so nicht
erklären lässt. Denn wenn der Hemmstoff nicht funktioniert hätte, dann wäre die
Lichtreaktion abgelaufen und die Werte wären gesunken.
5 Literaturangaben
N. Campbell; Biologie; 2000
Schopfer, Brennicke; Pflanzenphysiologie; 1999
Biochemie; Karlson; 1994
Skript zum Grundpraktikum SS 2005
- 15 -