Photo-protective function of carotenoids in photosynthesis

Kurzzeitspektroskopische Untersuchungen der Fotoschutzmechanismen an Lichtsammelkomplexen

  • In the present work, the photo-protection mechanisms in plants and purple bacteria were investigated experimentally at the molecular level. For this purpose, several spectroscopic methods were combined and applied to elucidate the function of carotenoids, pigments of the photosynthetic apparatus, in photo-protection. The experiments were focused on the mechanisms involved in quenching of singlet and triplet states of the electronically excited (bacterio)chlorophylls. This photosynthetic reaction events occur on an ultrafast time-scale. Measuring such short-lived events, and understanding the underlying principles, demand some of the most precise experiments and exact measurement technologies currently available. This implies certain requirements for the light source used: a suitable wavelength within the absorption band of the sample, sufficient power, and, most importantly, a pulse duration short compared to the studied reaction. Nowadays, we can achieve all this requirements using femtosecond-spectroscopic systems, which produce laser pulses shorter than 100 femtoseconds (fs). Transient absorption spectroscopy provides important information on molecular dynamics interrogating electronic transitions. The technique is based on photochemical generation of transient species with femtoseconds pump pulses and measuring transient absorption changes of the sample using a second, time delayed probe pulse which in this case is a spectrally broad white-light pulse.
  • In der vorliegenden Arbeit wurden die Photoschutzmechanismen in Pflanzen und Purpurbakterien auf molekularer Ebene experimentell untersucht. Zu diesem Zweck kamen verschiedene spektroskopische Methoden zur Aufklärung der Funktion der dabei vor allem beteiligten Carotinoide zur Anwendung. Die Experimente konzentrierten sich auf die Quenching-Mechanismen von Singulett- und Triplett-Zuständen der elektronisch angeregten (Bacterio-) Chlorophylle. Diese photosynthetischen Reaktionen treten auf ultraschnellen Zeitskalen im Bereich vom Femtosekunden bis Nanosekunden auf, sodass sich Femtosekunden zeitaufgeloeste Absorptionsspektroskopie als geeignetes Methode erweist die molekulare Dynamik in Echtzeit zu verfolgen. Sowohl mittels herkoemmlicher Anreg-Abtast-Spektrokopie als auch mit im Rahmen dieser Arbeit weiter entwickelter resonanter Zwei-Photonen Zwei-Farben Ionisation (R2P2CI), wurden eine Reihe von photosynthetischen Antennensystemen untersucht: Aus photosynthetischen Purpurbakerien wurden der Lichtsammelkomplex 1 (LH1) sowie der Lichtsammelkomplex II (LHC II) und die chlorophyllgebunden Proteine CP24, CP26 und CP29 höherer Pflanzen charakterisiert. Darüber hinaus wurden eine Reihe von Carotinoiden und ihre Radikalkationen als wesentlicher Bestandteil der photoindizierten Reaktionskanaele in Lösung untersucht. Diese Experimente erlauben die Auswirkung der Lösungsmittelpolarität auf die Eigenschaften der Carotinoide (energetische Lage und die Dynamik der angeregten Zustände, Wechselwirkung mit benachbarten photosynthetischen Pigmenten) zu untersuchen.

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Metadaten
Author:Sergiu Amarie
URN:urn:nbn:de:hebis:30-62810
Referee:Josef Wachtveitl
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2009/03/20
Year of first Publication:2008
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2009/03/17
Release Date:2009/03/20
Tag:Lichtsammelkomplexe; Reaktionszentrum
carotenoid radical cation; charge-transfer; chlorophyll triplets; non-photochemical quenching; time-resolved spectroscopy
GND Keyword:Photosynthese; Lichtreaktion; Energieübertragung; Triplett-Triplett-Energieübertragung; Purpurbakterien; Carotinoide; Chlorophyll
HeBIS-PPN:210394951
Institutes:Biochemie, Chemie und Pharmazie / Biochemie und Chemie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht