3.5 Lichtsammelkomplexe

Wie kann die Absorption von anderen Wellenlängen als 680 und 700 nm erklärt werden?

Vom Wirkungsspektrum der Photosynthese her weiß man, daß die Pflanze nicht nur Licht der Wellenlängen 680 und 720 nm auswertet, sondern das gesamte sichtbare Spektrum mit Schwerpunkt auf dem roten und dem blauen Bereich. Auch rotes Licht der Wellenlänge 600 nm oder blaues Licht der Wellenlänge 450 nm kann nach Absorption somit einen Elektronentransport auslösen.
Nach dem, was wir bisher gelernt haben (siehe z.B. Lichtabsorption), wissen wir, daß nur bestimmte Pigmente diese Absorption übernehmen können. Also müssen neben dem Chlorophyll P680 und dem P700 weitere Photosynthesepigmente in der Thylakoidmembran vorhanden sein, die Licht absorbieren und dann irgendwie an die Reaktionszentren der beiden Photosysteme weiterleiten.

Wie kann ein Pigment aufgenommene Lichtenergie an ein anderes Molekül weiterleiten?

Zur Beantwortung dieser Frage schauen wir uns nochmal die Seite zur Lichtabsorption an. Wir haben gesehen, dass die Elektronen des Chlorophylls durch Absorption von Rot- bzw. Blaulicht in den S1- bzw. S2-Zustand übergehen. Von diesen angeregten Zuständen können die Elektronen dann wieder herunterfallen und die zuvor aufgenommene Energie abgeben. Die Energie kann dabei entweder in Form von Licht abgegeben werden (Fluoreszenz) und kann dann von der Pflanze nicht mehr verwertet werden. Oder sie wird strahlungsfrei abgegeben und kann dazu dienen, die Elektronen benachbarter Pigmentmoleküle anzuregen.

Ein Chlorophyllmolekül kann also die gespeicherte Lichtenergie strahlungsfrei an ein Nachbarmolekül abgeben, welches dadurch selbst in den angeregten S1-Zustand übergeht.

Bei jedem Energietransfer geht Energie verloren. Ein Chlorophyllmolekül kann also nur ein Nachbarmolekül anregen, dessen S1-Zustand nicht ganz so energiereich ist wie der eigene S1-Zustand. Bildlich kann man das so darstellen: Ein Molekül mit einem Absorptionsmaximum bei 600 nm kann also nur Energie auf ein Molekül übertragen, das ein Absorptionsmaximum im langwelligeren Bereich hat.

Die folgenden Zeichnungen zeigen vereinfachte Darstellungen der sogenannten Lichtsammelkomplexe der grünen Pflanzen. Hier bilden ca. 400 Chlorophyllmoleküle eine riesige Sammelantenne, die Photonen einfängt und zum Reaktionszentrum P680 bzw. P700 leitet, das sich sozusagen in der Mitte, im Brennpunkt dieser Antenne befindet.

Die "Sammelfalle" (trapping center) im Photosystem II. Das eigentliche Reaktionszentrum wird zwei Chlorophyll-P-680-Molekülen gebildet (Dimer).	Die "Sammelfalle" (trapping center) im Photosystem I. Das eigentliche Reaktionszentrum wird zwei Chlorophyll-P-700-Molekülen gebildet (Dimer).

Abbildungen verändert nach: RICHTER, Stoffwechselphysiologie der Pflanzen.

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