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Lichtreaktion
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petite-soleil
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Anmeldungsdatum: 01.06.2007
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BeitragVerfasst am: 26 Nov 2007 - 17:51:29    Titel: Lichtreaktion

Hi!
Da ich bei vor kurzem so nettes und hilfreiches Feedback für die Sekundärreaktion bekommen habe, stelle ich auch noch mal die Lichtreaktion rein, wäre lieb wenn es sich jeamd durchliest, besonders beim letzten Abschnitt über das ATP bin ich mir nicht sicher, vielen Dank!!

Die Fotosynthese ist ein für den Menschen lebensnotwendiger Prozess, der in den Chloroplasten von chlorophyllhaltigen Pflanzen abläuft. Dieser Vorgang wird in zwei Abschnitte unterteilt. So findet in den Granathylakoiden die Primärreaktion, auch Lichtreaktion genannt statt, während das Stroma des Chloroplasts der Ort der Primärreaktion darstellt.
Im ersten Teilabschnitt werden ganz allgemein gesagt unter Zufuhr von Lichtenergie sowie mit Hilfe von Wasser, Chlorophyll und dem Coenzym NADP+, der universelle Energieüberträger ATP und der Wasserstoffüberträger NADPH+H+ hergestellt, wobei Sauerstoff als „Abfallprodukt“ entsteht.
Zu Beginn der Reaktion wird auf der Innenseite der Thylakoidmembran ein Wassermolekül in Sauerstoffgas und Wasserstoffgas durch Lichtenergie zerlegt. Im Thylakoidinnenraum befindet sich ein Enzym, das die Wasserteilung erst ermöglicht, da es vom Wassermolekül zwei Elektronen abspaltet. So entstehen ein halbes Sauerstoffmolekül, zwei Wasserstoffprotonen sowie zwei Elektronen pro Wassermolekül. Die dafür verantwortliche und notwendige Energie stammt aus dem Photosystem II. Hier wird rotes Licht vom Chlorophyll II absorbiert und zugleich werden die sogenannten π-Elektronen vom Licht im Wellenlängenbereich von 680 nm angeregt, da diese delokalisiert vorliegen und somit besonders leicht anregbar sind. Dadurch gelangen sie unter Einfluss der Lichtenergie für sehr kurze Zeit in einen höheren Anregungszustand. Da dieser jedoch nur kurzzeitig anhält, die zugeführte Energie jedoch noch vorhanden ist, wird diese in Form des photochemischen Ereignisses wieder abgegeben. Im Photosystem II liegt jedoch nun ein Elektronendefizit vor, da Elektronen abgegeben wurden, was man als Oxidation bezeichnet.. Das Chlorophyll hebt dieses Defizit wieder auf, indem die Elektronen, die das Enzym dem Wasser entzogen hat aufgenommen werden, also das Chlorophyll reduziert wird.
Das photochemische Ereignis lässt sich so erklären, dass zunächst die aus dem P680 abgegebenen Elektronen von einem eng anliegenden Akzeptor, das Plastochinon, aufgenommen werden und dieser „Elektronenempfänger“ reduziert wird, jedoch sogleich wieder oxidiert wird, da das Elektron an einen weiteren Akzeptor übertragen wird. Diese Akzeptoren werden auch Redoxsysteme genannt, da sie im reduzierten sowie im oxidierten Zustand vorliegen können, also eine Redoxreaktion aufgrund der Verknüpfung von Reduktion und Oxidation stattfindet. Ein Grund dafür, warum die Elektronen von einem Redoxsystem auf das andere „weitergegeben“ werden ist deren Redoxpotenzial, es beschreibt die Elektronenaffinität also den „Wunsch“ Elektronen abzugeben oder umgekehrt gesagt, das Bestreben Elektronen aufzunehmen, das von einem Redoxsystem zum anderen zunimmt. Das Elektron wandert nun durch eine ganze Reihe von Redoxsystemen, welche als Elektronentransportkette bezeichnet werden. Aber bei jedem Übergang geht ein Teil der Energie des Elektrons „verloren“ und somit kann gesagt werden, dass b sie sich in einem Energiegefälle „bergab“ bewegen. Eine Besonderheit stellt dabei der Cytochrom-bf-Komplex da, da dieses Redoxsystem durch die ganze Thylakoidmembran verläuft. Beim letzten Elektronentransfer gelangt das Elektron vom Redoxsystem Plastocyanin auf das Photosystem I, welches aber nur „aufnahmebereit“ ist, wenn ein Elektronendefizit vorhanden ist. Diese entsteht wie im Photosystem II, durch Lichtabsorption, wobei beim hier vorliegende Chlorophyll a I, Licht im Wellenbereich von 700 nm (energieärmer) die π-Elektronen anregt. Das angeregte Elektron wird nun auf das Redoxsystem Ferredoxin (eisenhaltig, Ferrum=Eisen) übermittelt, welches es auf das Enzym NADP-Reduktase überträgt. Dadurch kann jetzt das Enzym, das Wasserstoffproton aus der Fotolyse mit den Elektronen binden und letztendlich entstehen zwei Wasserstoffatome. Diese werden nun auf das Coenzym NADP+, Coenzyme gehören zum aktiven Zentrum eines Enzyms, übertragen, wobei, aufgrund der Hydrierung, eine Reduktion zum NADPH+H+ stattfindet.
Bei Lichtzufuhr findet dieser Vorgang permanent statt, da ständig in den Photosystemen Elektronen angeregt werden und NADP+ kann entstehen.
Unterschieden wird zischen der zyklischen und nicht zyklischen Photophosphorylierung. Erstere wird nur vom Photosystem I angetrieben. Dabei werden die Elektronen vom Ferredoxin nicht an die NADP-Reduktase weitergegeben, sondern zurück zum Cytochrom-bf-Komplex geführt, wodurch sie wiederum zum Photosystem I gelangen. Dadurch wird kein NADPH+H+ gebildet, sondern ausschließlich ATP. Da es sich dabei um einen Kreislauf handelt, heißt dieser Vorgang auch zyklische Photophosphorylierung. Der Elektronentransport vom Wasser zum NADP+ und dabei ablaufende ATP-Synthese heißt nicht zyklischen Photophosphorylierung.
Jedoch ist damit erst eine „Aufgabe“ der Lichtreaktion erfüllt, da noch nicht geklärt wurde, weshalb bzw. wo das Adenosintriphosphat, also der universelle Energieüberträger entsteht.
Während sich ein Elektron auf einen Akzeptor übertragen wird, „verliert“ es immer etwas an seiner Energie und bewegt sich daher auch bergab des Energiegehalts. Diese Energie wird nun als chemische Energie frei
Während der Fotolyse in der Innenmembran, erhöht sich hier die Wasserstoffprotonen-konzentration. Dadurch entsteht ein Wasserstoffprotonengradient. Außerhalb der Thylakoidmem-bran wird hingegen die Konzentration gesenkt, da ständig Protonen für die NADPH+H+ verbraucht werden. Da Teilchen jedoch immer einen Konzentrationsausgleich anstreben, „versuchen“ sie nun in die Außenmembran zu gelangen. Wasserstoff ist zwar ein sehr kleines Teilchen, dass normalerweise durch die „Lücken“ der doppelten Lipidschicht hindurch passt, jedoch hat sich aufgrund einer Hydratation eine Hydrathülle um das Wasserstoffproton gebildet, so dass es nun zu groß ist. Also wird eine andere Möglichkeit für die Protonen benötigt, um in die äußere Membran zu gelangen. Diese Funktion übernimmt das Tunnelenzym, die ATP-Synthase. Es transportiert einerseits die Wasserstoffprotonen in die Thylakoidaußenmembran. Andererseits bildet es zudem das ATP. Dies entsteht dadurch, dass der Protonengradient zur Energiegewinnung genutzt wird. So wird zunächst ADP phosphoryliert wodurch das ATP entsteht.
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