Pflanzen-Zellbiologie und
Photosynthese
Bilder: Blätter von Berkheya coddii(links) und Thlaspi goesingense(rechts) , aufgenommen von H. Küpper, 2000, unpubliziert
Anatomischer Aufbau von Blättern
Mesophyll:
Palisaden-Parenmchym
Mesophyll:
Schwamm-Parenmchym Epidermis
Epidermis
Leitbündel
Bild: Epidermis von Thlaspi goesingense, aufgenommen von H. Küpper, 2000, unpubliziert
Epidermis mit Stomata
Bild: Leitbündel-Mesophyll-Übergang von Thlaspi goesingense, aufgenommen von H. Küpper, 2000, unpubliziert
Leitbündel-Strukturen und Mesophyllzellen
Größenverhältnisse: Zellwand, Cytoplasma, Vakuole
Bild: untere Epidermis von Thlaspi caerulescens, aufgenommen von H. Küpper, 1999, unpubliziert
Formen von Pflanzenzellen und Zellwandstrukturen
Bilder: Blüte von Arabidopsis halleri, aufgenommen von H. Küpper, 1999, unpubliziert
From: Colangelo EP, Guerinot ML, 2006, CurrOpinPlantBiol9:322-330
Funktion von Pflanzengeweben am Beispiel des Eisentransports
root uptake
intracellular distribution
Kompartimentierung von Metallen in Blättern
Ni-Verteilung in der Epidermis eines Alyssum bertolonii-
Blattes
Zn: Küpper H, Zhao F, McGrath SP (1999) Plant Physiol 119, 305-11
Al: Carr HP, Lombi E, Küpper H, McGrath SP, Wong MH* (2003) Agronomie 23, 705-710 Ni: Küpper H, Lombi E, Zhao FJ, Wieshammer G, McGrath SP (2001) J Exp Bot 52 (365), 2291-2300
Vakuole
Zn-Verteilung in Blatt von Thlaspi caerulescens (Zn- Hyperakkumulator)
Epidermis
Mesophyll
Obere Epidermis und Al- Verteilung in altem Blatt von Camellia sinensis leaf (Tee)
Wichtigster Prozess des Pflanzen-Stoffwechsels:
Photosynthese (Wir alle leben davon!)
Gesamtgleichung der Photosynthese:
CO
2+ H
2O + Lichtenergie
--> chemische Energie in Kohlenhydraten (CH
2O) + O
2Schema der photosynthetischen Lichtreaktionen
Beispiele wichtiger Lichtsammelkomplexe
Name des Komplexes Vorkommen Pigmente Absorptions-Maxima
PSII innere
Antennenkomplexe
Höhere Pflanzen, Grünalgen,
Braunalgen, Rotalgen, Cyanobakterien,...
Chlorophyll a Carotinoide
ca. 680 nm
LHC I Höhere Pflanzen,
Grünalgen,
Chlorophyll a, Chlorophyll b, Carotinoide
ca. 680 nm
LHC II Höhere Pflanzen,
Grünalgen
Chlorophyll a Chlorophyll b Carotinoide
ca. 670 nm
Chl a/c-LHC Braunalgen, Diatomeen
Chlorophyll a Chlorophyll c Carotinoide
ca. 670 nm
Phycobiliproteine Rotalgen,
Cyanobakterien
Phycobiline: fest (kovalent) gebunden!
sehr variabel, ca. 450 nm
(Phycourobiline) bis ca. 670 nm
(Allophycocyanine)
LH II Purpurbakterien Bakteriochlorophyll a,
Bakteriochlorophyll b, Carotioide
ca. 850 nm
Chlorophyll a
ß-Carotin
Photosynthetische Pigmente: Gemeinsame Charakteristika (I)
Photosynthetische Pigmente: Gemeinsame Charakteristika (II)
Chlorophyll S0
S2
S1 T1
h·ν h·ν
intersystem crossing
absorption absorption
fluorescence intersystem crossing
intersystem crossing phosphorescence intersystem crossing
photochemistry
Photosynthetische Pigmente: Gemeinsame Charakteristika (II)
Voraussetzung der Energieübertragung:
Überlappende Emissions-/Absorptionsbanden
5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 0 7 5 0
Absorption
W e ll e n l ä n g e / n m M g - C h l a A b so rp t io n i n A c et o n
M g - C h l a F lu o re sz en z in A c et o n
Abstimmung der Absorptionsbanden
Abstimmung der Absorptionsbanden (II)
Energieübertragung: Trichter-Prinzip (I)
PUB = Phycourobilin
PC = Phyco- cyanin PE =
Phyco- erythrin
Chl RC
(Chl)
APC = Allo- Phyco- cyanin
Transmission von Filtern für selektive Anregung
Car
Energieübertragung - Trichter-Prinzip (II): Schema und
Absorptionsspektren in Cyanobakterien (Beispiel Trichodesmium)
Geschwindigkeiten der Energieübertragung in Reaktionszentren
Regulation der Energieübertragung (I): „state transitions“
Höhere Pflanzen, viele Algen
Regulation der Energieübertragung (I)
Cyanobakterien und Rotalgen
Excitation energy transfer
between chlorophyll derivatives and singlet oxygen
chlorophyll oxygen
S0 S2
S1 T1
T1
h·ν S1
h·ν
intersystem crossing
absorption absorption
fluorescence intersystem crossing
intersystem crossing
intersystem crossing phosphorescence
phosphorescence intersystem crossing EET
photochemistry
Regulation der Energieübertragung (II)
Mechanismen der Energieregulierung durch Carotinoide
Regulation der Energieübertragung (III): Xantophyll-Zyklus
wenig Licht viel Licht wenig Licht viel Licht
...und Methoden zu ihrer
Untersuchung
Kathodenreaktion:
O
2+ 2H
2O --> 4 OH
-Anodenreaktion:
4Ag --> 4AgCl + 4e
-Schaltung:
Funktionsprinzip Sauerstoff-Elektrode
Wichtige Methoden zur Messung der Photosynthese-Aktivität
Beispiel: IR-Messung von CO
2-Assimilation
Extinktionsänderungen von PS II und PSI nach Belichtung
Chlorophyll S0
S2
S1
h·ν h·ν
intersystem crossing
absorption absorption
fluorescence intersystem crossing
intersystem crossing photochemistry
Grundlage der in vivo Chl-Fluoreszenzkinetik: Energiezustände
des Chls
Fluorescence kinetic microscopy
False colour image of Fm Chl fluorescence calculated from fluorescence kinetic film
Manual selection of objects for kinetic analysis.
Fluorescence induction of selected objects, showing all differences in kinetics for representative cells.
Methods of data processing
Method 1: images of fluorescence parameters
False colour map of Fv/Fm, showing the differences in this parameter over the entire image.
