Name: Laura Kohlhepp, 2013
Aaron Fiedrich, 2014
Hopemaster, 2020-05
Karl Balzer, 2020-06
Lichtsammelfalle
Der Lichtsammelkomplex (auch Lichtsammelfalle, Antennenkomplex oder Light Harvesting Complex, LHC oder LHX) befindet sich bei eukaryotischen Pflanzen in der Thylakoidmembran von Chloroplasten und dient der Absorption von Licht mit verschiedenen Wellenlängen, der Veränderung des Energiepotentials der Elektronen und der Weiterleitung der Energie zum Reaktionszentrum der Photosysteme.
Die Lichtsammelfalle dient den Photosystemen der Lichtreaktion dazu, Lichtquanten verschiedenster Wellenlängen einzufangen.
Die Lichtsammelfalle besteht aus mehreren Hundert Farbstoffmolekülen (Chloropyll a, Chloropyll b und Carotinoiden, Xanthophyllen, u.a.), die jeweils unterschiedliche Lichtwellenlängen absorbieren. Modellhaft kann man sich die Lichtsammelfalle als Sammeltrichter vorstellen, der Energie "einfängt" und auf das entsprechende Energiepotential der Reaktionszentren transformiert, da diese eine sehr geringe Toleranz beim benötigten Energieniveau haben.
Die die hohe Anzahl verschiedener Farbpigmente erhöht das Absorptionsspektrum des Lichtsammelkomplexes. Es wäre sonst ineffektiv, ausschließlich die Energie nur einiger weniger Wellenlänge zu verwenden, da sonst nur wenige Photonen absorbiert werden würden.
Trifft Licht (einzelne Lichtquanten) mit ausreichender Energie auf die Atomkerne dieser Farbstoffmoleküle, so vergrößert sich kurzeitig der Abstand einiger Valenzelektronen zum Atomkern (d.h. sie verlassen kurzzeitig ihre vorgesehene Bahn). Innerhalb weniger Pikosekunden fallen diese Elektronen auf ihren vorherigen Abstand zurück, wodurch sie erneut Energie freisetzen, welche an weitere Moleküle des Lichtsammelkomplexes übertragen werden. Auf diese Weise wird die Energie schließlich bis in das Reaktionszentrum weitergeleitet (siehe auch Artikel zur Lichtabsorption im Chloroplasten).
Skizze des LHC
Da diese Aufnahme von Energie durch andere Moleküle schneller, als der Rückfall eines Elektrons in den Grundzustand ist, kann Fluoreszenz oder eine andere Form der Lichtabgabe (und somit des Energieverlustes) gar nicht erst entstehen.
Die Lichtsammelkomplexe von PS1 und PS2 unterscheiden sich da sie dem Reaktionszentrum Elektronen mit verschiedenen Energieniveaus liefern müssen. Sie heißen LH1 und LH2. Die Lichtsammelkomplexe arbeiten äußerst effizient da sie die Aufgenommene Energie innerhalb weniger Pikosekunden an das Reaktionszentrum weiterleiten und dabei keine thermische Energie (Wärme) abgeben.
Durch die Vielfalt der beteiligten Moleküle werden verschiedene Wellenlängen absorbiert. Elektronen werden also durch Absorption von Lichtquanten sehr verschiedener Wellenlängen auf ein hohes Energieniveau „gehoben“ (angeregter Zustand) und diese Energie dann an benachbarte und darunterliegende Farbstoffmoleküle weitergegeben.
Die Voraussetzung für einen solchen Energietransfer ist ein Energiegefälle zwischen den einzelnen Molekülen. Das bedeutet, Energie kann nur an ein Molekül abgegeben werden, das langwelligeres, energieärmeres Licht absorbiert.
Mithilfe der Lichtsammelfalle wird Licht auf einem großflächigen Bereich absorbiert und die gewonnene Energie an ein einzelnes Molekül weitergegeben, das sogenannte Reaktionszentrum. An dieser Stelle beginnt die lichtabhängige Reaktion der Fotosynthese.
Aufbau der Lichsammelfalle
Die Lichtsammelfalle ist ein Komplex von verschiedenen Proteinen innerhalb der Chloroplasten eines Photosynthese betreibenden Organismus, deren Ziel es ist, die Energie des Lichtes zu absorbieren und zum Reaktionszentrum der Photosysteme zu leiten.
Das Zentrum der Lichtsammelfalle besteht im Photosystem I aus einem Chlorophyll P680- und im Photosystem II aus einem Chlorophyll P700-Molekül. Damit auch Licht, das keine Wellenlänge zwischen 680nm und 720nm besitzt verwertet werden kann, gibt es verschiedene Antennenpigmente, die das übrige Licht absorbieren und die Energie zum Reaktionszentrum der Lichtsammelfalle leiten. Diese Antennenpigmente bestehen aus verschieden Molekülgruppen:
a) Die Chlorophylle
Sowohl im Photoystem I als auch im Photosystem II der meisten Pflanzen bestehen die beiden Systeme überwiegend aus Chlorophyllmolekülen. Wenn man sich die Lichtsammelfalle als einen Sammeltrichter vorstellt, besteht, im Photosystem II die äußere Schicht aus Chl-650-Molekülen. Diese Chlorophyllart absorbiert,wie der Name bereits sagt, Licht mit der Wellenlänge von 650nm. In Richting des Zenrums folgen Chl-660, Chl-670 und Chl-678. Im Photosystem I treten von außen nach innen Chl-660, Chl-670, Chl-680 und Chl-690.
b) Carotinoide
Der Schutz der Chlorophylle ist das eigentliche Ziel der Carotinoide. Sie umgeben die Photosyteme und sollen deren Zerstörung durch Photooxidation verhindern. Alllerdings absorbieren auch sie Licht im blau-grünen Spektralbereich und leiten die Energie zum Zentrum weiter.
c) Xanthophylle
Xantophylle schützen vor der Photooxidation von Zellbestandteilen.
Photooxidation: Man spricht von Photooxidation wenn beispielsweise im LHC ein Elektron nach der Anregung nicht wieder in seine Ausgangsposition zurückfällt, sonder an Sauerstoff anbindet. Dieser ist dann sehr reaktiv und kann wichtige Zellstrukturen zerstören indem er die Strukturen von Proteinen verändert.