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9.4: Fotosystem II
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Photosystem II
 
PROTOKOLLE

9.4: Photosystem II

9.4: Fotosystem II

Overview

Photosystem II is a multi-protein complex embedded within the thylakoid membrane where it harvests light energy. Chlorophyll molecules transfer energy to a specific pair of chlorophyll a molecules in the reaction center of Photosystem II. Here, the chlorophyll a molecules lose an electron (oxidation), transferring it to a primary electron acceptor. The donated electrons pass through the electron transport chain into Photosystem I. Splitting a water molecule releases one oxygen atom, two protons (H+) and two electrons. The electrons replace the donated electrons of the two chlorophyll a molecules in the reaction center. The oxygen atom immediately reacts with another oxygen atom, producing O2 that is released into the atmosphere. The protons accumulate and create a concentration gradient across the thylakoid membrane that drives ATP synthesis in a process called chemiosmosis.

Light Harvesting in Photosystem II

The multi-protein complex Photosystem II harvests photons and transfers energy through its bound pigments chlorophyll a and b, and carotenoids. Carotenoids have a protective function as they help dissipate the vast amount of energy taken in that could otherwise damage the plant tissue.

Energy travels from chlorophyll molecule to chlorophyll molecule until it reaches a pair of specialized chlorophyll a molecules in a region called the reaction center. The reaction center is also known as P680 since it absorbs light at a wavelength of 680 nm. The energy is strong enough to break an electron from a chlorophyll a molecule (oxidation). The free electron transfers to a primary electron acceptor molecule, in a process called photoact. The electron of chlorophyll a in the reaction center is replaced by one of two electrons that are released in the splitting of a water molecule.

Proton Gradient and Generation of ATP

The splitting of water in Photosystem II also generates an oxygen atom that combines with a second oxygen atom. The resulting O2 escapes into the atmosphere. The reaction also makes two protons ( H+) that build up and create a concentration gradient to power a specialized, semi-permeable protein channel called ATP synthase. The process of the protons moving from a high concentration in the thylakoid, through the channel to a lower area of concentration in the stroma is termed chemiosmosis. Chemiosmosis creates energy that allows the ATP synthase to attach a third phosphate group to ADP to form the energy molecule ATP.

Überblick

Das Fotosystem II ist ein Multiproteinkomplex, der in die Thylakoidmembran eingebettet ist. Dort nimmt er Lichtenergie auf. Chlorophyllmoleküle übertragen Energie auf ein bestimmtes Paar von Chlorophyll a , ein Moleküle im Reaktionszentrum des Fotosystems II. Dort geben das Chlorophyll a Molekül ein Elektron (Oxidation) ab und überträgt es auf einen primären Elektronenakzeptor. Die gespendeten Elektronen gelangen dann durch die Elektronentransportkette in das Fotosystem I. Bei der Spaltung eines Wassermoleküls werden ein Sauerstoffatom, zwei Protonen (H+) und zwei Elektronen freigegeben. Die Elektronen ersetzen die gespendeten Elektronen der Chlorophyll a Moleküle im Reaktionszentrum. Das Sauerstoffatom reagiert sofort mit einem anderen Sauerstoffatom und produziert O2. Dieser Sauerstoff wird in die Atmosphäre abgegeben. Die Protonen sammeln sich an und erzeugen einen Konzentrationsgradienten an der Thylakoidmembran. Dieser Gradient treibt die ATP-Synthese in einem Prozess namens Chemiosmose an.

Lichternte im Fotosystem II

Im Multiproteinkomplex Fotosystem II werden Photonen geerntet und Energie durch seine gebundenen Pigmente Chlorophyll a und b sowie Carotinoide übertragen. Carotinoide schützen das Pflanzengewebe in dem sie die große Menge an aufgenommener Energie abbauen. Diese könnte sonst das Pflanzengewebe beschädigen.

Die Energie wandert von Chlorophyllmolekül zu Chlorophyllmolekül, bis sie ein Paar spezialisierter Chlorophyll a-Moleküle in einer Region erreicht, die als Reaktionszentrum bezeichnet wird. Dieses Reaktionszentrum ist auch als P680 bekannt, da es Licht bei einer Wellenlänge von 680 nm absorbiert. Die Energie ist stark genug, um ein Elektron aus einem Chlorophyll a-Molekül zu spalten (Oxidation). Das freie Elektron überträgt sich auf ein primäres Elektronenakzeptormolekül, in einem Prozess, den man Photoakt nennt. Das Elektron des Chlorophylls a im Reaktionszentrum wird durch eines von zwei Elektronen ersetzt, die bei der Spaltung eines Wassermoleküls freigesetzt werden.

Protonen-Gradient und die Erzeugung von ATP

Die Spaltung von Wasser im Fotosystem II erzeugt auch ein Sauerstoffatom, das sich mit einem zweiten Sauerstoffatom verbindet. Das entstehende O2 entweicht in die Atmosphäre. Durch die Reaktion entstehen auch zwei Protonen ( H+), die einen Konzentrationsgradienten aufbauen und erzeugen. Dieser Prozess betreibt spezialisierte, semipermeable Proteinkänale, welche als ATP-Synthasen bezeichnet werden. Der Prozess, bei dem die Protonen von einer hohen Konzentration im Thylakoid durch den Kanal zu einem niedrigeren Konzentrationsbereich im Stroma wandern, wird als Chemiosmose bezeichnet. Die Chemiosmose erzeugt Energie. Sie ermöglicht es der ATP-Synthase, eine dritte Phosphatgruppe an ADP zu binden, um das Energiemolekül ATP zu schaffen.


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