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1. Mai:
Organisationsformen Algen
Korrektur bei siphonocladal
(danke an Peter)

20. Juni
:

Symbiose
Merksatz falsch angewendet
(danke an F. Geven)
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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


RedoxpotenzialWenn ein Elektron von einem Redoxsystem zum nächsten weitergereicht wird (Elektronentransportkette), 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 Redoxpotenzialdifferenz (=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.
Lichtsammelfalle
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 (Chlorophyll) 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.
Redoxpotenzial2





  1. Licht fällt auf das Fotosystem, wodurch ein Elektron auf ein höheres Redoxpotenzial angeregt wird.
  2. Das Elektron wird durch Redoxreaktionen wieder auf ein niedrigeres Potenzial gebracht. Dabei wird Reaktionsenergie frei.
  3. Ein weiteres Fotosystem kann durch Lichteinstrahlung erneut das e- anregen.



Die Primärreaktion im Detail

Photosynthese Primärreaktion

  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 abgegeben.

  1. Das Fotosystem II (bestrahlt mit Licht der Wellenlänge 680nm) hebt das e- auf ein höheres 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 Einpumpen von H+ verwendet
    -> Ladungs- und Konzentrationsgefälle (elektrochem. Protonengradient)

  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 (+H+) reduziert wird.
    -> NADP+ + 2e- + 2H+ = NADPH + H+

  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.