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Akklimatisierung der Photosynthese

Durch die Kombination von theoretischen, experimentellen und rechnerischen Ansätzen untersuchen wir, wie sich die Aktivität intrinsischer Mechanismen, die mit kurzfristigen Lichtschwankungen verbunden sind, auf die photosynthetische Effizienz von Pflanzen, Grünalgen und Kieselalgen auswirkt. Während des Photosyntheseprozesses sind Organismen in der Lage, Sonnenlicht zu absorbieren und in einer Reihe von Reaktionen in Zucker umzuwandeln. Diese hochenergetischen Moleküle werden dann in verschiedenen Formen in photosynthetischen Organismen gespeichert und können für verschiedene Zwecke verwendet werden, zum Beispiel als Energiequelle in Form von Biokraftstoffen. Wir wissen, dass sowohl die Verfügbarkeit als auch die Qualität des Lichts die photosynthetische Effizienz beeinflussen, und jedes Ungleichgewicht im Redox-Zustand der photosynthetischen Kette kann dem Organismus schweren Schaden zufügen. Deshalb haben photosynthetische Organismen eine Reihe von Mechanismen entwickelt, die helfen, dynamisch auf äußere Reize zu reagieren, sich vor hoher Lichtexposition zu schützen und ihr Gleichgewicht zu erhalten. Auf der Grundlage unseres derzeitigen Verständnisses der photosynthetischen Reaktionen entwickeln wir dynamische Modelle des Prozesses, der mit der Absorption von Licht beginnt und mit der Synthese von ATP endet. Wir stellen einen theoretischen Rahmen zur Verfügung, um bestehende Hypothesen über die Mechanismen des hochenergieabhängigen nicht-photochemischen Quenchens, der Zustandsübergänge und des Kurzzeit-'Lichtgedächtnisses' zu testen.

Schlüsselwörter:

    kinetische Modelle
    Photosynthese
    nicht-photochemisches "quenching"
    Redox-Zustand
    Zustandsübergänge
    Kurzzeit-Akklimatisierung

Kontakt: Oliver Ebenhöh

Wichtige Publikationen

  1. Tosens, T., Alboresi, A., van Amerongen, H., Bassi, R., Busch, F.A., Consoli, G. et al. (2025) New avenues in photosynthesis: from light harvesting to global modeling. Physiologia Plantarum, 177(2), e70198. Available from: https://doi.org/10.1111/ppl.70198
  2. Pfennig T, Kullmann E, Zavřel T, Nakielski A, Ebenhöh O, et al. (2024) Shedding light on blue-green photosynthesis: A wavelength-dependent mathematical model of photosynthesis in Synechocystis sp. PCC 6803. PLOS Computational Biology 20(9): e1012445. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1012445
  3. Tim Nies, Shizue Matsubara, Oliver Ebenhöh, A mathematical model of photoinhibition: exploring the impact of quenching processes, in silico Plants, Volume 6, Issue 1, 2024, diae001, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diae001
  4. Smith, E. N., van Aalst, M., Tosens, T., Niinemets, Ü., Stich, B., Morosinotto, T., Alboresi, A., Erb, T. J., Gómez-Coronado, P. A., Tolleter, D., Finazzi, G., Curien, G., Heinemann, M., Ebenhöh, O., Hibberd, J. M., Schlüter, U., Sun, T., & Weber, A. P. M. (2023). Improving photosynthetic efficiency toward food security: Strategies, advances, and perspectives. Molecular plant, 16(10), 1547–1563. https://doi.org/10.1016/j.molp.2023.08.017
  5. Nies, T., van Aalst, M., Saadat, N., Ebeling, J., & Ebenhöh, O. (2023). What controls carbon sequestration in plants under which conditions?. Bio Systems, 231, 104968. https://doi.org/10.1016/j.biosystems.2023.104968
  6. Saadat, N. P., Nies, T., Van Aalst, M., Hank, B., Demirtas, B., Ebenhöh, O., & Matuszyńska, A. (2021). Computational analysis of alternative photosynthetic electron flows linked with oxidative stress. Frontiers in plant science, 12, 750580. 10.3389/fpls.2021.750580
  7. Matuszyńska, A., Saadat, N.P. and Ebenhöh, O. (2019), Balancing energy supply during photosynthesis – a theoretical perspective. Physiol Plantarum, 166: 392-402. https://doi.org/10.1111/ppl.12962
  8. Matuszyńska, A., Saadat, N. P., & Ebenhöh, O. (2019). Balancing energy supply during photosynthesis–a theoretical perspective. Physiologia plantarum, 166(1), 392-402. https://doi.org/10.1101/476846
  9. Matuszyńska, A., Heidari, S., Jahns, P., & Ebenhöh, O. (2016). A mathematical model of non-photochemical quenching to study short-term light memory in plants. Biochimica et biophysica acta, 1857(12), 1860–1869. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2016.09.003
  10. Matuszyńska, A., & Ebenhöh, O. (2015). A reductionist approach to model photosynthetic self-regulation in eukaryotes in response to light. Biochemical Society Transactions, 43(6), 1133-1139.
  11. Ebenhöh, O., Fucile, G., Finazzi, G., Rochaix, J. D., & Goldschmidt-Clermont, M. (2014). Short-term acclimation of the photosynthetic electron transfer chain to changing light: a mathematical model. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 369(1640), 20130223.