Description
Die Photosynthese hat eine zentrale Bedeutung fUr das Leben auf der Erde. Der Einsatz moderner Analysentechniken brachte in der Photosyn these-Forschung viele neue Ergebnisse. Das vorliegende Buch versucht, dem Leser einen Vberblick Uber die ein zelnen Teilaspekte der Photosynthese zu vermitteln. Hierzu wurde be sonders auch die neueste englisch-sprachige Fachliteratur herangezo gen. Neben den biophysikalischen und biochemischen Grundlagen werden die physiologischen und okologischen Aspekte der Photosynthese abgehan delt. Am Ende eines jeden Kapitels sind Originalarbeiten und zusammen fassende Darstellungen angegeben, die dem Interessenten ein vertief tes Studium der einzelnen Sachgebiete ermoglichen. Die einzelnen Ka pitel werden durch Versuchsanleitungen (E) erganzt. Hierdurch bietet sich dem Leser eine sinnvolle VerknUpfung zwischen Theorie und Praxis. Karlsruhe, November 1984 Claus Buschmann Karl Grumbach Inhaltsverzeichnis 1. Stoffumwandlungen in biologischen Systemen 1 1. 1. Einstellung eines dynamischen Gleichgewichtes 1 1. 2. Energiebilanz biochemischer Reaktionen 1 1. 3. Endergone und e~ergone Reaktionen 2 1. 4. Enzyme – Katalysatoren biochemischer Reaktionen 3 2. Bedeutung der Photosynthese 5 2. 1. Erdgeschichtliche Entwicklung 5 2. 1. 1. Chemische Evolution 5 2. 1. 2. Biologische Evolution 6 2. 2. Grundaufbau eines Okosystems 7 2. 2. 1. StofffluB 7 2. 2. 2. EnergiefluB 9 2. 2. 3. Einordnung der Photosynthese 11 2. 3. Produktion von Biomasse 11 2. 3. 1. Naturliche Produktion 11 2. 3. 2. Der EinfluB des Menschen 12 3. Geschichte der Photosynthese-Forschung 14 3. 1. Entdeckung der Photosynthese 14 3. 2. Aufklarung von Einzelprozessen der Photosynthese 15 3. 3. 1. Stoffumwandlungen in biologischen Systemen.- 1.1. Einstellung eines dynamischen Gleichgewichtes.- 1.2. Energiebilanz biochemischer Reaktionen.- 1.3. Endergone und exergone Reaktionen.- 1.4. Enzyme – Katalysatoren biochemischer Reaktionen.- 2. Bedeutung der Photosynthese.- 2.1. Erdgeschichtliche Entwicklung.- 2.1.1. Chemische Evolution.- 2.1.2. Biologische Evolution.- 2.2. Grundaufbau eines kosystems.- 2.2.1. Stoffflu.- 2.2.2. Energieflu.- 2.2.3. Einordnung der Photosynthese.- 2.3. Produktion von Biomasse.- 2.3.1. Natrliche Produktion.- 2.3.2. Der Einflu des Menschen.- 3. Geschichte der Photosynthese-Forschung.- 3.1. Entdeckung der Photosynthese.- 3.2. Aufklrung von Einzelprozessen der Photosynthese.- 3.3. Nutzanwendung und Entwicklungsmglichkeiten.- 4. Struktur und chemische Zusammensetzung photosynthetisch aktiver Organismen und Gewebe.- 4.1. Prokaryonten.- 4.1.1. Bakterien.- 4.1.2. Blaualgen.- 4.2. Eukaryonten.- 4.2.1. Organismusformen und ihre stammesgeschichtliche Entwicklung.- 4.2.2. Der Chloroplast.- 4.2.3. Rhodoplasten und Phoplasten.- E 1 Isolierung von Plastiden.- E 2 Isolierung der Chloroplastenhllmembran (“Envelope”).- E 3 Bestimmung der Intaktheit von Chloroplastenprparationen.- E 4 Extraktion von Chloroplastenfarbstoffen und -chinonen.- E 5 Chromatographische Auftrennung von Chloroplastenfarbstoffen und -chinonen.- E 6 Quantitative Bestimmung der Chloroplastenfarbstoffe und -chinone.- E 7 Elektrophoretisehe Auftrennung von Chlorophyll-Protein-Komplexen.- E 8 Bestimmung des Cytochrom f-Gehaltes isolierter Chloroplasten.- E 9 Bestimmung des P 700-Gehaltes isolierter Chloroplasten.- E 10 Bestimmung des Gehaltes der PS II-Akzeptoren Q, B und Plastochinon.- 5. Mechanismus der Photosynthese.- 5.1. Lichtabsorption.- 5.1.1. Die Natur des Lichtes.- 5.1.2. Absorption des Lichtes = Anregung von Farbstoffmoleklen.- 5.1.3. Absorptionsspektren von Pflanzengeweben und Pflanzenextrakten.- 5.2. Abgabe von Fluoreszenz und Wrme.- 5.2.1. bergang vom angeregten Zustand in den Grundzustand.- 5.2.2. Arten der Fluoreszenz- und Wrmeabstrahlung.- 5.2.3. Spektren der Fluoreszenz- und Wrmeabstrahlung.- 5.2.4. Zusammenhang zwischen Photosynthese und der Abstrahlung von Fluoreszenz und Wrme.- 5.3. bertragung von Energie in den Antennensystemen.- 5.3.1. Energiebertragung durch Exzitonentransfer.- 5.3.2. Zusammensetzung und Funktion der Antennen.- 5.3.3. Das “tri-partite”-Modell.- 5.3.4. Regulation der Energiebertragung vom LHCP auf die Photosysteme I und II.- 5.4. Elektronentransport.- 5.4.1. Prinzip.- 5.4.2. Komponenten.- 5.4.3. Kinetik.- 5.4.4. Rumliche Anordnung der Komponenten des Elektronentransportes in der Thylakoidmembran.- 5.5. Photophosphorylierung.- 5.5.1. Thermodynamische Grundlagen der ATP-Bildung.- 5.5.2. Struktur der ATPase und Verlauf der ATP-Bildung.- 5.5.3. Arten der Photophosphorylierung.- 5.5.4. Regulation der ATP-Bildung.- 5.5.5. Beispiele fr die allgemeine Gltigkeit der chemiosmotisehen Hypothese.- E 11 Lichtabsorption von Blattfarbstoffen.- E 12 Messung des Emissions- und des Anregungsspektrums der Chiorophyll-Fluoreszenz.- E 13 Messung der Induktionskinetik der Chlorophyll-Fluoreszenz (“Kautsky-Effekt”).- E 14 Messung der Sauerstoff-Entwicklung.- E 15 Test der photosynthetischen Elektronentransportkette (“Hill-Reaktion”).- E 16 Messung der NADP-Reduktion.- E 17 Messung der Photophosphorylierung an isolierten Chloroplasten.- E 18 Messung des Protonengradienten an isolierten Thylakoid-membranen.- 5.6. Reduktiver Pentosephosphat-Zyklus (Calvin-Zyklus).- 5.6.1. Reaktionsablauf.- 5.6.2. Regulation.- 5.7. Vorgeschaltete CO2-Fixierung bei C4- und CAM-Pflanzen.- 5.7.1. C4-Pflanzen.- 5.7.2. CAM-Pflanzen.- 5.7.3. Regulation der CO2-Fixierung bei C4- und CAM-Pflanzen.- 5.8. Photosynthese-Produkte, ihr Transport und ihre Speicherung.- 5.8.1. Transport.- 5.8.2. Speicherung.- 5.8.3. Steuerung des Transports und der Speicherung von Assimilaten.- E 19 Messung der CO2-Fixierung an intakten Pflanzen.- E 20 Bestimmung des CO2-Kompensationspunktes bei C3- und C4-PfTanzen.- E 21 Strke-Nachweis in Blttern.- E 22 Chromatographische Auftrennung der photosynthetischen Primrprodukte.- E 23 Bestimmung des Suregehaltes einer CAM-Pflanze im Licht-Dunkel -Wechsel.- 6. Lichtatmung.- 6.1. Reaktionsablauf.- 6.2. Regulation der Lichtatmung und Wechselwirkung mit der Photosynthese.- E 24 Messung der Lichtatmung bei hheren Pflanzen.- 7. Bakterien-Photosynthese.- 7.1. Lichtreaktion.- 7.2. Dunkelreaktion.- 8. Chemosynthese.- 8.1. Aerobe Chemosynthese.- 8.2. Anaerobe Chemosynthese.- 9. Entstehung der Photosynthese-Aktivitt im Licht.- 9.1. Ablauf.- 9.1.1. Entwicklungsstadien der Piastiden.- 9.1.2. Biosynthese von Einzelkomponenten.- 9.1.3. Funktionelle Vernderung.- 9.2. Regulation.- 9.2.1. genetische Kontrolle.- 9.2.2. Einflu von Phytohormonen.- 9.2.3. Einflu von Umweltfaktoren.- 10. Photosynthese und natrliche Umweltfaktoren.- 10.1. Licht.- 10.1.1. Lichtintensitt.- 10.1.2. Lichtqualitt.- 10.2. Temperatur.- 10.2.1. Hitze.- 10.2.2. Klte und Frost.- 10.3. Wasserangebot.- 10.4. Mineralstoffangebot.- 10.5. Gasstoffwechsel.- 10.5.1. Abhngigkeit von der ueren Gaskonzentration.- 10.5.2. Eindringen von CO2 in das Blatt.- 10.5.3. Regulation der Stomataffnungsweite.- E 25 Messung der Lichtintensitt und der Lichtqualitt.- E 26 Messung der Stomataffnung.- 11. Photosynthese und anthropogene Faktoren.- 11.1. Herbizide.- 11.1.1. Hemmstoffe des photosynthetischen Elektronen-transportes.- 11.1.2. Chlorose-induzierende Herbizide.- 11.2. Verunreinigungen der Luft.- 11.2.1. Abgase.- 11.2.2. Stube und Aerosole.- 11.3. Verunreinigungen des Bodens.- 11.3.1. Salz.- 11.3.2. Schwermetalle.- 11.4. Ionisierende Strahlung.- 12. Biotechnische Anstze zur Nutzung der Photosynthese.- 12.1. Produktion von Biomasse.- 12.1.1. Gezielte StoffProduktion.- 12.1.2. Gewebe- und Zellkulturen.- 12.2. Produktion von Bioenergie.- 12.2.1. Produktion von Wasserstoff.- 12.2.2. Biomembranen.- E 27 Anlegen einer Kalluskultur.- E 28 Anlegen einer Submerskultur aus Kallusgewebe.- E 29 Isolation von Protoplasten.- E 30 Messung der Wasserstoff-Produktion bei Blaualgen.- 13. Photosynthese und Symbiose.- 13.1. Pflanzliche Symbiosegemeinschaften.- 13.1.1. Flechten.- 13.1.2. Mykorrhiza.- 13.1.3. Stickstoff-bindende Bakterien und Blaualgen.- 13.2. Symbiose zwischen Tieren und Pflanzen.- 13.2.1. Algen-Tier-Symbiose.- 13.2.2. Chloroplasten-Schnecke-Symbiose.- 13.3. Die Pflanzenzelle als symbiontisches System.- Fachbcher zum Thema Photosynthese.
