Fotoszintézis II.

Download Report

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

Köszönöm a figyelmet!