Fotoszintézis II.

1. Fotoszintézis II. Az elektrontranszportlánc működése

2. Energiaszint változások a fotoszintézis folyamán

3. 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.

4. 14-47Az elektrontranszportlánc két formája • A nem ciklusos elektrontranszport (Z séma) • A ciklikus variációban a ferredoxin a citokróm b6/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.

5. A tilakoidmembránok makromolekuláris elemeinek elhelyezkedése

6. 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 • QA és QB (elsődleges és másodlagos akceptorok) • D1 161. aminosava, tirozin; a Z elsődleges e- donor • 2 db citokróm b559, fotoprotektív szerep • Mn atomok - vízbontás ("M" enzim) klorid, kalcium • további 7 fehérje

7. A PS II felépítése

9. A PS II belső elektrontranszportja

10. A PS II energia szint változásai és kinetikai paraméterei

11. 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 felőli oldalon 3.) A proximális antenna • CP47, CP43 kl-protein komplexek (25 kla és 5 β-karotin) • 4.) A disztális antenna • LHC-II és járulékos kl-proteinek • Kla/b = 1.2, 200 db; xantofill • LHC-II szerepe a fényenergia megosztásában a PSII/PSI között foszforilálódás/defoszforilálódás)

12. Az LHC II szabályozza az energiamegoszlást a PS II és PS I között

14. A II. fotokémiai rendszer működése. Az e- útja a víztől a PQ pool-ig • A primér töltésszeparáció (3 ps, P680) • feofitin -- QA (300 ps) QA -- QB (1.: 0.2 ms; 2.: 0.5 ms) -- PQH2 • gyors és lassú fluoreszcencia indukciós görbék • (fluoreszcencia hozam változások)

15. Kautsky effektus I.fluoreszcencia indukció, indukált fluoreszcencia

16. Kautsky effektus II. A fluoreszcencia indukció és kioltás szakaszai F0 = minimális fluoreszcencia Fm = maximális fluoreszcencia Fv = változó fluoreszcencia Fv = Fm - F0 ; Fv/Fm max. 0,84 D → P; PSII → PSI e- átmenet Fluoreszcencia kioltás: fotokémiai és nem-fotokémiai P → M → T szakaszok

17. Kautsky effektus III.(fluoreszcencia indukció, indukált fluoreszcencia)

18. Kautsky effektus IV.A gyors fluoreszcencia indukció: az O-J-I-P tranziens 30 ms 2 ms

19. A DCMU a QA és QB között gátol:minden QA redukálódik

20. Kautsky effektus IV.A gyors fluoreszcencia indukció: az O-J-I-P tranziens

21. Fluoreszcencia analízisKioltási (quenching) analízis

22. Fluoreszcencia analízis

23. Fluoreszcencia analízis F0 = a sötét-adaptált minta minimális fluoreszcenciája Fm = a sötét-adaptált minta maximális fluoreszcenciája • ugyanezek, - vel jelölve a fényadaptált mintára nézve Ft = a fluoreszcencia egy adott „t” időpontban Y(ield) = (Fm, - Ft) : Fm, ; a PSII átlagos kvantumhatásfoka ETR = Y x PAR x 0,5 x 0,84 ; az elektrontranszport látszólagos sebessége qP = (Fm, - Ft) : (Fm, - F0,) fotokémiai kioltási koefficiens qN = (Fm – Fm,) : (Fm - F0,) nem-fotokémiai kioltási koeff. NPQ = (Fm – Fm,) : Fm, nem-fotokémiai kioltás

24. A II. fotokémiai rendszer működése. Az e- útja a víztől a PQ pool-ig • Vízbontás: az Mn-enzim S0 -- S4 állapotai • az oxigén termelés négyes periódusa • 2H2O  O2 + 4H+ + 4e- • protonok a lumenbe távoznak

25. A víz bontása: a reguláló sapka szerepe

26. P. Joliot és B. Kok impulzus-megvilágításos kísérlete (1975)

27. A vízbontó enzim állapotváltozásai S0 : S1 : S2 : S3 = 0,25 : 0,75 : 0 : 0

28. A Mn szerepe

29. A plasztokinon mint mobilis komponens

30. A plasztokinon mint mobilis komponens

31. Az e- útja a PQ pool-tól a NADPH-ig • A citokróm b6/f komplex működése, felépítése • oxidálja a PQH2-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+ transzportot • két kötőhely, 2 ciklus • A plasztocianin • 10.5 kDa Cu-protein • lumenben

32. A citokróm b6/f komplex molekuláris felépítése

33. A citokróm b6/f komplex működése oxidálja a PQH2-t, redukálja a PC-t a ciklusos elektrontranszportban oxidálja a ferredoxint proton átadást közvetít a sztrómából a lumenbe Fd Fd -50 mV -150 mV -50 mV -150 mV

34. DCMU: 3-(3,4-diklorofenil)-1,1-dimetilurea DBMIB: 2,5-dibróm-3-metil-6-izopropil-p-benzokinon Paraquat (metil viologén)

35. 7. Az I. fotokémiai rendszer működése. • Az I. fotokémiai rendszer • Reakciócentrum: heterodimer 82-83 kDa fehérje • P-700; • A0 (10 ps);, A1 (50 ps): • elsődleges, 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 b6/f komplex felé (ciklikus e- - transzport)

36. A PS I felépítése Az I. fotokémiai rendszer Reakciócentrum: heterodimer 82-83 kDa fehérje P-700; A0 (10 ps);, A1 (50 ps): elsődleges, másodlagos e-akceptorok (kla; ill. K-vitamin- fillokinon) Vas-kén centrumok: FX, FB, FA (4Fe-4S)

37. A PS I felépítése

38. 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- a citokróm b6/f komplex felé • Ferredoxin, ferredoxin-NADP+ reduktáz, NADP+ • Eredmény: NADPH + H+

39. A PS I.belső eletrontranszportja

40. A PS I felépítésemolekuláris dimenziók…

41. A ciklikus elektron transzportlánc működése

42. Az elektrontranszport lánc specifikus gátlószerei gyakran fotoszintézisgátló növényvédőszerként kerülnek forgalomba DCMU: jelenleg is használatos Paraquat: kivonták a forgalomból

43. Az elektron transzportlánc inhibitorainak hatóhelyei

44. Ferredoxin-NADP reduktáz LUMEN SZTRÓMA

45. Ferredoxin-NADP+-oxidoreduktáz • 33 kD protein (sejtmagban kódolt) • tilakoid sztróma felőli oldalán

46. 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 proton membrán pH gradiens H+ gradiens mozgató potenciál p = ψ – 59pH (mV) ATP szintáz (F0-F1 típusú ATPáz) – fotofoszforiláció

47. 8. A fotoszintetikus foszforiláció:a Mitchell-f. kemiozmotikus mechanizmus • Jagendorf: az ATP képződés mechanizmusa, bizonyítás • CF0/CF1 ATP szintáz felépítése • ATP szintézis

48. Az ATP szintáz„F0F1-ATPáz”

49. 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