Transcript Fotoszintézis II.
Fotoszintézis II.
Az elektrontranszportlánc működése
Energiaszint változások a fotoszintézis folyamán
14-47
Energiaszint változások a fotoszintézis folyamán
• Minél nagyobb az elektron energiatartalma annál negatívabb a redox potenciálja • Az első fényreakció a PS II ben történik (680 nm) • Az elektron energiája csökken az elektrontranszport során • Újragerjesztés a PS I-ben (700 nm).
• Energia tárolás ATP és NADPH formájában.
14-47
Az elektrontranszportlánc két formája
• • •
A nem ciklusos elektrontranszport (Z séma) A ciklikus variációban a ferredoxin a citokróm b 6 /f komplexnek adja át az elektront.
A fény ily módon a PSI egyedüli részvételével „körbe hajtja” az elektronokat és így hoz létre H + koncentráció-különbséget a sztróma és a luminális tér között. Ez ATP szintézisre használódik fel.
A tilakoidmembránok makromolekuláris elemeinek elhelyezkedése
6. A II. fotokémiai rendszer működése.
Az e útja a víztől a PQ pool-ig.
•
A PS II felépítése
• • • • • • • • •
1.) A reakciócentrum: D1 és D2 fehérjék, P680, 3-4 kla, 1 β-karotin, 2 feofitin Q A és Q B (els ődleges és másodlagos akceptorok) D1 161. aminosava, tirozin; a Z els ődleges e donor 2 db citokróm b559, fotoprotektív szerep Mn atomok vízbontás ("M" enzim) klorid, kalcium további 7 fehérje
A PS II felépítése
A PS II belső elektrontranszportja
A PS II energia szint változásai és kinetikai paraméterei
A II. fotokémiai rendszer működése.
Az e útja a víztől a PQ pool-ig
• • • • • • • • •
2.) A reguláló sapka 33, 23, 16 kDa proteinek a lumen fel őli oldalon 3.) A proximális antenna CP47, CP43 kl-protein komplexek (25 kla és 5 β-karotin) 4.) A disztális antenna LHC LHC II és járulékos kl-proteinek Kla/b = 1.2, 200 db; xantofill II szerepe a fényenergia megosztásában a PSII/PSI között foszforilálódás/defoszforilálódás)
Az LHC II szabályozza az energiamegoszlást a PS II és PS I között
A II. fotokémiai rendszer működése.
Az e útja a víztől a PQ pool-ig
•
• • •
A primér töltésszeparáció (3 ps, P 680 ) Q A feofitin - --
Q B
Q A (300 ps) (1.: 0.2 ms; 2.: 0.5 ms) --
PQH 2 gyors és lassú fluoreszcencia indukciós görbék (fluoreszcencia hozam változások)
Kautsky effektus I.
fluoreszcencia indukció, indukált fluoreszcencia
Kautsky effektus II. A fluoreszcencia indukció és kioltás szakaszai
F 0 = minimális fluoreszcencia F m = maximális fluoreszcencia F v = változó fluoreszcencia
F v = F m - F 0 ; F v /F m max. 0,84
D → P; PSII → PSI e átmenet Fluoreszcencia kioltás: fotokémiai és nem-fotokémiai P → M → T szakaszok
Kautsky effektus III.
(fluoreszcencia indukció, indukált fluoreszcencia)
Kautsky effektus IV.
A gyors fluoreszcencia indukció: az O-J-I-P tranziens
2 ms 30 ms
A DCMU a Q A minden Q és Q B A között gátol: redukálódik
Kautsky effektus IV.
A gyors fluoreszcencia indukció: az O-J-I-P tranziens
Fluoreszcencia analízis Kioltási (quenching) analízis
Fluoreszcencia analízis
Fluoreszcencia analízis
F 0 = a sötét-adaptált minta minimális fluoreszcenciája F m = a sötét-adaptált minta maximális fluoreszcenciája – ugyanezek , vel jelölve a fényadaptált mintára nézve F t = a fluoreszcencia egy adott „t” időpontban Y(ield) = ( F m , F t ) : F m , ; a PSII átlagos kvantumhatásfoka ETR = Y x PAR x 0,5 x 0,84 ; az elektrontranszport látszólagos sebessége qP = ( F m , qN = ( F m – F t ) : ( F m , F m , ) : ( F m F 0 , ) fotokémiai kioltási koefficiens F 0 , ) nem fotokémiai kioltási koeff.
NPQ = ( F m – F m , ) : F m , nem fotokémiai kioltás
A II. fotokémiai rendszer működése.
Az e útja a víztől a PQ pool-ig
• • • •
Vízbontás: az Mn-enzim S 0 állapotai --
S 4 az oxigén termelés négyes periódusa 2H 2 O
O 2 + 4H + + 4e protonok a lumenbe távoznak
A víz bontása: a reguláló sapka szerepe
P. Joliot és B. Kok impulzus-megvilágításos kísérlete (1975)
A vízbontó enzim állapotváltozásai S 0 : S 1 : S 2 : S 3 = 0,25 : 0,75 : 0 : 0
A Mn szerepe
A plasztokinon mint mobilis komponens
A plasztokinon mint mobilis komponens
Az e
-
útja a PQ pool-tól a NADPH-ig
•
A citokróm b 6 /f komplex m űködése, felépítése
• • • • • • • • •
oxidálja a PQH 2 t, redukálja a PC-t, H + t transzlokál a lumenbe oxidálja a sztromában lévő ferredoxint (ciklikus e-tr. !) 4 polipeptid eqiumolárisan; cit-f, cit-b6 (2 hem); Rieske-f. vas kén; 17 kDa protein 2 e t ad tovább a P-700 felé 4 H + t a sztrómából a lumenbe a ciklikus e transzport növeli a H + két kötőhely, 2 ciklus transzportot
• • •
A plasztocianin 10.5 kDa Cu-protein lumenben
A citokróm b 6 /f komplex molekuláris felépítése
A citokróm b 6 /f komplex működése oxidálja a PQH 2 t, redukálja a PC-t a ciklusos elektrontranszportban oxidálja a ferredoxint proton átadást közvetít a sztrómából a lumenbe Fd -50 mV -150 mV Fd -50 mV -150 mV
DCMU: 3-(3,4-diklorofenil)-1,1 dimetilurea DBMIB: 2,5 dibróm-3-metil-6-izopropil-
p-
benzokinon Paraquat (metil viologén)
7. Az I. fotokémiai rendszer működése.
• • • • • • • • • • •
Az I. fotokémiai rendszer Reakciócentrum: heterodimer 82-83 kDa fehérje P-700; A0 (10 ps);, A1 (50 ps): els ődleges, másodlagos e-akceptorok (kla; ill. K-vitamin- fillokinon) Vas kén centrumok: FX, FB, FA (4Fe-4S) PC, ferredoxin kötő fehérjék Ferredoxin: e- transzport a ferredoxin-NADP + oxidoreduktáz (FNO) felé;
•
vagy vissza a cit b 6 /f komplex felé (ciklikus e - transzport)
A PS I felépítése
Az I. fotokémiai rendszer Reakciócentrum: heterodimer 82 83 kDa fehérje P-700; A 0 (10 ps);, A 1 (50 ps): els ődleges, másodlagos e-akceptorok (kla; ill. K-vitamin- fillokinon) Vas kén centrumok: F X , F B , F A (4Fe-4S)
A PS I felépítése
A PS I. felépítése és működése
•
Reakciócentrum: 2 db centrális fehérje P700 klorofilla elsődleges (Kla) és másodlagos (K-vitamin) akceptorok vas kén centrumok
•
PC és ferredoxin kötő fehérjék
•
Nem ciklusos elektrontranszport: az e a NADP + felé,
•
Ciklusos elektrontranszport: e citokróm b 6 /f komplex felé a
•
Ferredoxin, ferredoxin-NADP + reduktáz, NADP+
•
Eredmény: NADPH + H +
A PS I.belső eletrontranszportja
A PS I felépítése molekuláris dimenziók…
A ciklikus elektron transzportlánc működése
Az elektrontranszport lánc specifikus gátlószerei gyakran fotoszintézisgátló növényvédőszerként kerülnek forgalomba
DCMU: jelenleg is használatos Paraquat: kivonták a forgalomból
Az elektron transzportlánc inhibitorainak hatóhelyei
LUMEN Ferredoxin NADP reduktáz SZTRÓMA
• • •
Ferredoxin-NADP + -oxido reduktáz 33 kD protein (sejtmagban kódolt) tilakoid sztróma felőli oldalán
A kemiozmotikus mechanizmus. Fotofoszforiláció.
Peter Mitchell 1963; Nobel díj 1978:
Kapcsolódás a H+ elektrokémiai potenciálgradiens és a sejt munkavégzése között szelektíven permeábilis membránon keresztül:
μH + =
p =
ψ – 2.3RT
pH /F elektrokémiai H + gradiens proton membrán mozgató potenciál
p =
ψ – 59
pH (mV) pH gradiens ATP szintáz (F 0 -F 1 típusú ATPáz) – fotofoszforiláció
8. A fotoszintetikus foszforiláció: a Mitchell-f. kemiozmotikus mechanizmus
• • •
Jagendorf: az ATP képződés m echanizmusa, bizonyítás CF 0 /CF 1 ATP szintáz felépítése ATP szintézis
Az ATP szintáz
„F
0
F
1
ATPáz”
A fotoszintetikus foszforiláció: kemiozmotikus modell proton elektrokémiai potenciálgrádiens a lumen és a sztróma között: ezt használja fel az ATP szintáz enzim az ATP szintézisére ADP ből és anorganikus foszfátból
A H
+
koncentrációkülönbség és az ATP képződés
• A két folyamat a mitokondriumban és a kloroplasztiszban hasonló módon játszódik le.
• Mindkét esetben az ATP szintézis egy protontranszlokáló enzim, az ATP szintáz, segítségével megy végbe.
• A protonáramlás a magasabb, lúgosabb pH felé tart • Az enzim aktív helyei a „gomba fejében” helyezkednek el.
• Az ATP a mitokondriumi matrixban illetve a kloroplasztisz beli sztrómában keletkezik.
A protongradiens irányítottsága különböző rendszerekben: („protokémiailag” pozitív : P oldal „protokémiailag” negatív: N oldal) Baktérium Mitokondrium Kloroplasztisz P Kívül N Belül (citoplazma) Intermembrán tér Matrix Lumen Sztróma
Az elektontranszportlánc és a foszforiláció
• • •
A két folyamat között olyan szoros a kapcsolat hogy ATP képződés nélkül az elektrontanszportlánc leáll és fordítva.
Szétkapcsoló anyagok megszüntetik ezt a szoros kapcsolatot.
Ilyen szétkapcsoló anyagok a következők: CCCP, valinomicin, gramicidin D, DCPIP stb
.
CCCP = karbonilcianid m-klorofenil hidrazon DCPIP = 2,6-diklorofenol indofenol
ÖSSZEFOGLALÁS