Biophysik der photosynthetischenBiophysik der photosynthetischen Lichtreaktionen
und Methoden zu ihrer Untersuchung g(I)
Schema der photosynthetischen Lichtreaktionen
Beispiele wichtiger LichtsammelkomplexeName des Komplexes Vorkommen Pigmente Absorptions-Maxima
PSII innere Höhere Pflanzen Chlorophyll a ca 680 nmPSII innereAntennenkomplexe
Höhere Pflanzen,Grünalgen,Braunalgen, Rotalgen,Cyanobakterien,...
Chlorophyll aCarotinoide
ca. 680 nm
LHC I Höhere Pflanzen,Grünalgen,
Chlorophyll a,Chlorophyll b,Carotinoide
ca. 680 nm
LHC II Höhere Pflanzen,Grünalgen
Chlorophyll aChlorophyll bCarotinoide
ca. 670 nm
Chl a/c-LHC Braunalgen,Diatomeen
Chlorophyll aChlorophyll cCarotinoide
ca. 670 nm
Phycobiliproteine Rotalgen,Cyanobakterien
Phycobiline: fest(kovalent) gebunden!
sehr variabel,ca. 450 nm(Phycourobiline) bis( y )ca. 670 nm(Allophycocyanine)
LH II Purpurbakterien Bakteriochlorophyll a ca 850 nmLH II Purpurbakterien Bakteriochlorophyll a,Bakteriochlorophyll b,Carotioide
ca. 850 nm
Photosynthetische Pigmente: Gemeinsame Charakteristika (I)
ß-Carotin
C
ß Ca o
Chlorophyll a
Photosynthetische Pigmente: Gemeinsame Charakteristika (I)Lehrbuch (Lawlor, 1990) korrekt
falsche delokalisierung fünfbindiger
vierbindiger ungeladener Stickstoff
gKohlenstoff
Photosynthetische Pigmente: Gemeinsame Charakteristika (II)
Photosynthetische Pigmente: Gemeinsame Charakteristika (II)
S2
i t t i
S1
intersystem crossing
i iT1
h·νb ti
intersystem crossing
photochemistry
h·νabsorption
absorptionfl
intersystem crossingintersystem crossing
phosphorescence
S0
fluorescence
Chlorophyll
Voraussetzung der Energieübertragung: Überlappende Emissions-/Absorptionsbanden
Mg-Chl a Absorption in Aceton Mg-Chl a Fluoreszenz in Aceton
Abs
orpt
ion
A
550 600 650 700 750Wellenlänge / nm
Abstimmung der Absorptionsbanden
Abstimmung der Absorptionsbanden (II)
Energieübertragung: Trichter-Prinzip (I)
Energieübertragung - Trichter-Prinzip (II): Schema und Absorptionsspektren in Cyanobakterien (Beispiel Trichodesmium)
Transmission von Filtern für selektive Anregung
Car
PUB = Phycourobilin
PC = Phyco-cyanin
PE = Phyco-erythrin
ChlRC
(Chl)
APC =Allo-
Phyco-cyanin
Energieübertragung (I)
Kurze Entfernung, erfordert Überlapp der Molekülorbitale (--> nur evtl. eng benachbarte g, pp ( gPigmentmoleküle im selben Protein): direkter Transfer von Anregungszuständen (Dexter-Mechanismus)
G öß E tf f d t Üb l d Ab ti /E i i kt ) T f
D* AGrößere Entfernung, erfordert Überlapp der Absorptions-/Emissionspektren): Transfer per induktiver Resonanz („Förster-Mechanismus)
D* A
Energieübertragung (II)
Mechanismus der Ladungstrennung
Aus: Barber J, 2003, QuartRevBiophys36, 71-89
1. “Special pair”-Chlorophylle (=P680) übernehmen Excitonen (=angeregte Zustände) von der Antenne2. P680 überträgt ein Elektron auf ChlD1 (“initial charge separation”)3. Binnen weniger ps wird das e- auf Phe ( P680+ / Phe-) übertragen (“primary charge separation”)
Geschwindigkeit der Energieübertragung im PSII Reaktionszentrumim PSII-Reaktionszentrum
Regulation der Energieübertragung (I): „state transitions“
Höhere Pflanzen viele AlgenHöhere Pflanzen, viele Algen
Regulation der Energieübertragung (I)
Cyanobakterien und RotalgenCyanobakterien und Rotalgen
Excitation energy transfer between chlorophyll derivatives and singlet oxygenp y g yg
S2
i t t i
S1
intersystem crossing
i iT1S1
h·νb ti
intersystem crossing EET
photochemistry
h·νabsorption
absorptionfl
intersystem crossingintersystem crossing
intersystem crossing
phosphorescence
phosphorescence
S0 T1
fluorescence intersystem crossing
chlorophyll oxygen
Regulation der Energieübertragung (II)
Mechanismen der Energieregulierung durch CarotinoideMechanismen der Energieregulierung durch Carotinoide
Regulation der Energieübertragung (III): Xantophyll-Zyklus
wenig Licht viel Licht wenig Licht viel Licht
Biophysik der photosynthetischen Lichtreaktionen
Methoden zu ihrer UntersuchungLichtreaktionen
g
Wichtige Methoden zur Messung der Photosynthese-Aktivität
Beispiel: IR-Messung von CO2-Assimilation
Extinktionsänderungen von PS II und PSI nach Belichtung
Chlorophyll-Fluoreszenz
Grundlage der in vivo Chl-Fluoreszenzkinetik: Energiezustände des Chls
S2
des Chls
intersystem crossing
S1
intersystem crossing
intersystem crossing
h·νabsorption
intersystem crossing
photochemistry
h·νabsorption
absorptionfluorescence
intersystem crossing
S0
fluorescence
Chlorophyll
Wichtigste Symbole in der Chlorophyll-Fluoreszenzmessung
The Fluorescence Kinetic Microscopedichroic mirrordichroic mirror
single lens, lens system
filter (neutral, long pass, short pass)
b/w measuring CCD camera
iris aperture
light sources (short arc, flashlamp, tungsten)
CCD camera
image intensifierFibre optic coupling
projectiveb/ mirrors (flat, concave), switching mirror
beam unifying prism
projectiveb/w measuringCCD camera projective
shutter (manual, computer controlled)p j
colour photo CCD camera projectivecamera p j
objectivej
object
condenserKüpper H, Šetlík I, Trtilek M, Nedbal L (2000) Photosynthetica 38(4), 553-570
Fluorescence kinetic microscopyMethods of data processing
Method 1: images of fluorescence parametersMethod 1: images of fluorescence parameters
To obtain images of fluorescence parameters, frames within the relevantframes within the relevant time periods are selected and the necessary mathematical operations are
False colour image of Fm Chl fl l l t d f
False colour map of Fv/Fm, showing th diff i thi t
performed on every pixel.
fluorescence calculated from fluorescence kinetic film
the differences in this parameter over the entire image.
Method 2: kinetics of selected areas (objects)To obtain kinetic traces, the o obta et c t aces, t erelevant regions are selected on a captured frame or parameter image. Th ki ti f ll i lThe kinetics of all pixels within the selected areas are averaged.
Manual selection of objects for kinetic analysis.
Fluorescence induction of selected objects, showing all differences in kinetics for representative cells.
Beispiel zur Anwendung von Einzelzell-in vivo-Fluoreszenzkinetiken:
Untersuchung photosynthetischer Oscillationen
Beispiel zur Anwendung von spektral aufgelösten in vivo-Fluoreszenzkinetiken: Änderungen der Fluoreszenzkinetik-
Parameter unter Schwermetallstress
NPQ: Maß für Wärmeabgabe
ΦPSII: Maß für Quantenausbeute des photosyn-thetischenthetischen Elektronen-Transports
Küpper H, Aravind P, Leitenmaier B, Trtilek M, Šetlík I (2007) New Phytol. 175, 655-674
Alle Folien meiner Vorlesungen im Internet unterAlle Folien meiner Vorlesungen im Internet unter
http://www.uni-konstanz.de/FuF/Bio/kuepper/Homepage/AG Kuepper education html/AG_Kuepper_education.html
Top Related