Photosynthesis

6 H 2 O + 6 NADP ADP + 9 P i + light 6 O NADPH + 9 ATP 6 CO H 2 O + light C 6 H 12 O O 2

Two photosystems generate a proton gradient and NADPH in oxygenic photosynthesis

Oxidants and reductants in photosysnthetic electron transfer chain Oxidace vody Redukce NADP

Energie fotonu = h = h c/ Einstein (1905) h = Planckova konstanta x joule s -1 = kmitočet /frekvence (Hz) = vlnová délka (nm) c= rychlost světla Energie 1/vlnová délka 430 nm light 1 foton 3.0 eV 670 nm light 1 foton 1.7 eV 1 eV = energie potřebná k přenesení 1 e - rozdílem potenciálů 1V

Variabilita světlosběrných antén

Fotosyntetické pigmenty: Porfyriny – (bakterio)chlorofyly, feofytiny - fykobiliny Polyisopreny – karotenoidy (karoteny, xanthofyly)

Funkce fotosyntetických pigmentů Zachycení a přenos fotonů –(B)chlorofyly a,b,c,d,e, fykobiliny, xanthofyly Fotochemická přeměna energie – RC –Chlorofyl a, Bchl a, Bchl b Ochrana před triplety a nadměrnou excitací –Karoteny, xanthofyly Strukturní funkce –Karoteny, xanthofyly

Zachycení energie Přenos energie Využití energie

Prochlorophytes?

Chlorofyly Porfyrinová hlava: tetrapyrol + Mg Phytolový řetězec – ocásek ukotvení v membráně

Regulace syntézy tetrapyrolů Phycobilins

Absorbce světla Absorbce přesune e - do vyššího excitovaného stavu Pokud je nestabilní, energie se ztratí ve formě tepla (S 1 na S 2 ) S 1 může energii rezonančně předat (RET) nebo vyzářit jako f luorescenci S1S2S1S2

Karotenoidy Pomocné pigmenty, strukturní funkce a disipace energie Tetraterpeny (40 C) vytvořené z 8 isoprenových jednotek, délka 30 A Systém konjugovaných dvojných vazeb, symetrie, terminální alicyklické kruhy Xanthofyly + atomy kyslíku

Fykobiliny Lineární tetrapyroly, vznikají oxidačním otevřením tetrapyrolového kruhu ve vodě rozpustné Two classes of phycobilins: phycocyanin (left) and phycoerythrin (right).

Kovalentní thioetherová vazba mezi cysteinem a vinylovým řetězcem

Cyanobacterial phycobilisomes

Reverse genetics

špenátsinice

The Photosystem II complex - Thermosynechococcus elongatus

The Photosystem I complex A structure

Z - scheme of photosynthesis hv 2 H 2 O + 2 NADP hv -> O NADPH·H +

Electron transport Chloroplast

Evolution of photosynthesis

Monomeric Reaction Center Homodimeric Reaction Center Heterodimeric Reaction Center Evolutionary change Gene duplication Divergence

Bacteria Photosynthetic reaction centers are present in many phylogenetically distant organisms ?