Donderdag 16 april1 Inleiding, fotosynthese Vrijdag 17 Woensdag 22 april2 QM, orbitalen Donderdag 23 april3 noncovalente interakties Vrijdag 24, 2e uur Woendag 29 april4, macromolecules en biomolecules Woensdag 6 meiidem Donderdag 7 mei5 photosynthetic pigments Vrijdag 8 mei, 2e uur Maandag 18 mei6 biomolecules viewed with electronic spectroscopy Dinsdag 19 mei7 LH antenna, evt stukken 8, excitons, transfer Woensdag 20 meipresentaties Inhoud Biomaterie

Biomaterie: Eiwitten (,DNA, RNA,..) Eiwitten zijn macromoleculen gemaakt van lange ketens aminozuren, verbonden door peptide bindingen. Biologische macromoleculen zijn een essentieel onderdeel van organismes en zijn betrokken bij processsen in cellen. Rol: enzymen, strukturele of mechanische funktie (actine, myosine), signaaltransduktie, immuunrespons, …etc Fysica…?

Fotosynthese 6CO H 2 O + Licht Energie  C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O.

H2OH2OH2OH2O O2O2O2O2 Light reactions Light reactions The light is absorbed by chlorophylls Water oxydation Chloroplast ATP and NADPH Two stages of photosynthesis Transformation of light energy into chemical energy (ATP and NADPH) CO 2 C 6 H 12 O 6 Dark reactions ADPNADP Cycle de Calvin Energy used ++ Energy stored as sugars (ATP and NADPH consumed)

Waar vindt de fotosynthese plaats?

Thylakoide Membraan Cel Biomass ** Licht oogsten Ladings- scheiding

Topview Thylakoide Membraan 4 nm

Absorptie van licht door Chlorofyl Aangeslagen toestand Grondtoestand 1 ns=10 -9 s Warmte Fluorescentie

Licht Energie Verzamelen ReactieCentrum

Energie overdracht R>5 nm R<1 nm 4 nm

Gekoppelde slingers Chlorofyl slingers zwakke veren ?

Gekoppelde slingers Chlorophyll slingers Zwakke veren Quantummechanica

Energie van zo’n 200 Chlorofyllen wordt verzameld in ‘ReactieCentrum’. Wat gebeurt daar? Licht Energie Verzamelen

Het Lot van Een Aangeslagen Toestand van Chlorofyl Aangeslagen toestand Grondtoestand acceptor donor +- Energieverlies nodig om dit proces onomkeerbaar te maken Ladingsscheiding = Electron ‘tunneling’ 1 ns=10 -9 s Warmte Fluorescentie Om efficient te zijn moet het SNEL zijn!! 1 ps = s membraan Reactiecentrum

Electron Tunnelling Overlap van de ‘golffuncties’

e-e- e-e- e-e- + + e-e- 4 nm Nu een ‘echt’ fotosynthetisch systeem

Energie Verzamelen: 20 picoseconden Ladingsscheiding: 1 picoseconde Warmte en fluorescentie: 1000 picoseconden

The Photosystem I reaction center has 12 subunits It binds about 100 molecules of Chl. Those shown in yellow are part of the antenna. The arrangement of the Chl electron carriers (blue) again is very similar to that in bacterial RCs. view normal to the membrane

Chl dimer Ph Q Fe Chl 3 ps 1 ps 200 ps LIGHT When the complex is excited with light, an electron moves from the Chl dimer to a Pheophytin (looks like Chlorophyll) and then to a quinone 1 ps = s Reactie Centrum 200  s nm

The Thylakoid Membrane 4 nm ± 1.2 Volt, very oxidising Volt, very reducing

Aanvoer van excitatie energie Stop aanvoer van excitatie energie Teveel Excitaties

Fysica…?

Hoe registreer je deze ‘ultrasnelle’ verschijnselen???

Tijdsresolutie te gering om details van de beweging te kunnen waarnemen Met voldoende tijdsresolutie is het mogelijk gedetailleerde informatie over de dynamica te verkrijgen Snelle hulpmiddelen nodig om snelle dynamische verschijnselen te kunnen te bestuderen Fast Tools are Required to Study Fast Dynamics

Pump-Probe experiment 20 Femtoseconde = 20 x s laser pulses White light probe

Femtoseconde pump-probe

 t=  l/c 1 mm => 3 x s = 3 ps