Struktur und Funktion von Chlorophyll biochemisches Seminar für Lehramtskandidaten 05.10.2010 Referent: Sebastian Lamour

Chlorophyll φύλλον - Blatt → Χλωρός - hellgrün, frisch φύλλον - Blatt → Klasse von natürlichen Farbstoffen, die von Organismen gebildet werden, die Photosynthese betreiben → Die Chlorophylle sind die photosynthetisch aktiven Pigmente

Chlorophyll → Hauptaufgabe des Chlorophylls ist die Absorption des Sonnenlichts und die Weiterleitung dieser Energie → wandelt Licht in chemische Energie um → Chlorophyll ist der natürliche, energiegewinnende Bestandteil aller grünen Pflanzen

Chlorophyll Chlorophylle absorbieren Licht im Bereich von 400 – 480 nm (blau) und 550 – 700 nm (gelb bis rot) Im Bereich zwischen 480 nm und 550 nm (grünes Licht) geringe Absorption durch Chlorophyll → „Grünlücke“ (490 und 620 nm) (alle Wellenlängen außer grün werden absorbiert)

Absorption Absorbtionsspektrum: Chl. a ≈ 430/ 662 nm Chl. b ≈ 453/ 642 nm α Carotin ≈ 422/ 444/ 473 nm β Carotin ≈ 425/ 450/ 477 nm

Engelmann Engelmannsche Bakterienversuch: 1882 bis 1884 → nutzen Pflanzen bei der Photosynthese das gesamte Spektrum des sichtbaren Lichts oder werden bestimmte Spektralbereiche stärker genutzt als andere?  

Struktur ~1900 begann die Strukturaufklärung von Chlorophyll Richard Willstätter stellte erste Forschungen u.a. zu Photosynthese und Chlorophyll 1940 klärte Hans Fischer die Struktur von Chlorophyll auf 1960 konnten Woodward, Strell und Treibs die von Fischer aufgestellte Struktur beweisen Die absolute Konfiguration von Chlorophyll wurde 1967 von Ian Fleming aufgeklärt

Struktur Läuft die Photosynthese bei Lebewesen ab, die Sauerstoff freisetzen (oxygene Phototrophen), spricht man allgemein von Chlorophyll (Pflanzen, Algen, Cyanobakterien) Anoxygene Phototrophen erzeugen jedoch nicht Sauerstoff als Reaktionssprodukt bei der Photosynthese, bei diesen Organismen bezeichnet man das Chlorophyll als Bakteriochlorophyll (photosynthesetreibende Bakterien)

Chlorophyll a, b, c1, c2, d, f Bacteriochlorophyll a, b, c, cs, d, e, g

Struktur links: Struktur des Pyrrolringes rechts: Struktur des Porphyrinringes

Bacteriochlorophyll

Kupferchlorophyll

Photosynthese

Photosynthese 2 Schritte: → 1. Lichtreaktion: Umwandlung der Lichtenergie in chemische Energie (ATP, NADPH) → 2. Dunkelreaktion: Kohlenstoff-Fixierungs-Reaktion Nutzung von ATP und NADPH zur Reduktion von CO2 und Aufbau von Zuckern (Calvin-Zyklus) Photosystem I / Photosystem 2

Photosynthese Chloroplasten: Ort der Photosynthese

Photosynthese: Chlorophyll um Licht absorbieren und in chemische Energie umwandeln zu können, braucht der Chloroplast das Chlorophyll Chlorophyll absorbiert Photonen und leitet die absorbierte Energie weiter Chlorophyll a: wichtigstes Photorezeptormolekül in grünen Pflanzen (

Anregung des Chlorophyll durch Licht Absorbiert ein Molekül Licht, geht es in einen angeregten Zustand über Bei der Rückkehr in den Grundzustand wird die Energie als Wärme oder Fluoreszenz abgegeben

Photonen werden auch von anderen Photopigmenten absorbiert → akzessorische Pigmente = Hilfspigmente (Xanthophylle, Carotinoide, Chlorophyll b,…)

Lichtsammelfalle: Lichtsammelkomplex; Antennenkomplex; LHC (light harvesting complex) → aus vielen hundert Pigmentmolekülen aufgebaut, die dazu dienen, das Licht einzufangen: a) große absorbierende Fläche b) größte Teil der auftreffenden Sonnenstrahlung wird absorbiert c) „Grünlücke“ wird kompensiert → akzessorische Pigmente übertragen ihre Energie auf Chlorophyll a Moleküle: Resonanzenergietransfer: Anregungsenergie wird durch elektromagnetische Wechselwirkungen von einem auf das andere Molekül übertragen

in den Lichtsammelkomplexen wird Sonnenenergie aufgenommen und → allgemein: in den Lichtsammelkomplexen wird Sonnenenergie aufgenommen und effizient zum Reaktionszentrum weitergeleitet über Chlorophyll Moleküle

Antennenkomplex das aus zwei Chlorophyll – Molekülen (special pair) → jede Lichtsammelfalle enthält ein Reaktionszentrum, das aus zwei Chlorophyll – Molekülen (special pair) besteht

Akzeptor dieser Energie im Reaktionszentrum: zwei Chlorophyll Moleküle (special pair) → niedriger energetisch angeregte Zustand als ein Chlorophyll Molekül allein → Sie sind so speziell angeordnet, dass ihre Anregung zu einer Ladungstrennung führt (erster Schritt der eigentlichen Photosynthese)

Im Reaktionszentrum: Photoinduzierte Ladungstrennung Das Elektron bewegt sich vom angeregten Donor zu einem geeigneten Akzeptor

Lichtsammelkomplexe in den grünen Pflanzen

allgemeine Funktionen Chlorophyll reguliert den Säure/Basehaushalt des Körpers fördert die Zellatmung und den Stoffwechsel hilft dem Körper bei der Nährstoffverwertung es hat einen positiven Einfluss auf das Herz-Kreislaufsystem und wirkt blutreinigend

allgemeine Funktionen krebshemmende Wirkung regt die Durchblutung der Haut an und verbessert die Sauerstoffzufuhr unterstützt das Immunsystem Chlorophyll wirkt zudem entzündungshemmend

Vorkommen Süßwaren, Kaugummi, Käse, Konfitüren, Limonaden, Liköre,… Färben von Arzneimitteln und Kosmetika Farbstoff E 140 in Lebensmitteln