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Lexikon der Biologie: Photosysteme

Photosysteme [von *photo- ], allgemein biologische Systeme, durch welche die Umwandlung von Licht-Energie in andere Energieformen (z.B. Photosynthese, DNA-Reparatur von UV-Schäden) oder in Signale zur Auslösung bestimmter Differenzierungsvorgänge (z.B. Phytochrom-System) bewirkt wird. Bei der Photosynthese existieren Photosystem I und Photosystem II nebeneinander ( vgl. Abb. ). Sie unterscheiden sich einerseits in der Lage des Absorptionsmaximums (700 nm bzw. 680 nm), andererseits in ihren Redoxpotentialen – sowohl im angeregten (Anregung) wie im Grundzustand. In den letzten Jahren konnte die Struktur des Photosystems I aus Cyanobakterien mit nahezu atmomarer Auflösung aufgeklärt werden.



Photosysteme

Als Photosysteme werden bei der Photosynthese die in den Thylakoidmembranen der Chloroplasten vorhandenen, aus Hunderten bis Tausenden Chlorophyllmolekülen (Chlorophylle) und Multiproteinkomplexen bestehenden Strukturen bezeichnet, die Lichtenergie absorbieren und in photochemischen Reaktionen umsetzen (Lichtreaktionen). Jedes Photosystem besteht aus einem Reaktionszentrum, sog. Antennenkomplexen, und assoziierten, Elektronen übertragenden Proteinen. Die Antennenpigmente absorbieren Licht und leiten dieses an die Reaktionszentren weiter, wobei ein Gradient in den im Rotlichtbereich liegenden Absorptionsmaxima die Weiterleitung der Anregungsenergie begünstigt. Der Energietransfer erfolgt dabei wahrscheinlich strahlungsfrei durch sog. Resonanztransfer. – Organismen mit oxygener Photosynthese besitzen 2 Photosysteme, die als Photosystem I (PS I) und Photosystem II (PS II) bezeichnet werden (Emerson-Effekt). Sie unterscheiden sich in den Wellenlängen der Absorptionsmaxima der Chlorophyllmoleküle ihrer jeweiligen Reaktionszentren. Im PS I liegt dieses bei 700 nm (P700), im PS II bei 680 nm (P680). Beide Photosysteme weisen ferner Unterschiede bezüglich ihrer Funktion und Anordnung in den Thylakoiden (laterale Heterogenität) auf (vgl. Abb.): Am PS I, das überwiegend in den ungestapelten Bereichen (Stroma-Lamellen) lokalisiert ist, findet die Reduktion von NADP+ statt. Das PS II isttirimär in den gestapelten Grana-Lamellen vorhanden und für die Photolyse des Wassers verantwortlich. Zwischen beiden Photosystemen findet primär ein nichtzyklischer Elektronentransport statt, an dem weitere Komplexe der Thylakoidmembran wie der Cytochrom-b6f-Komplex und Eisen-Schwefel-Proteine sowie bewegliche Komponenten wie Plastochinon und Plastocyanin beteiligt sind. – Organismen mit anoxygener Photosynthese haben nur 1 Photosystem (I oder II). Zur Erzeugung von ATP bedienen sie sich meist eines zyklischen Elektronentransports.

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