Lichtreaktionen: Photosystem I & II

1. Wenn Photosystem II Licht absorbiert, ein Elektron, das im Reaktionszentrum Chlorophyll (P680) zu einem höheren Energieniveau angeregt wird, wird vom primären Elektronenakzeptor eingefangen. Das oxidierte Chlorophyll ist jetzt ein sehr starkes Oxidationsmittel; sein Elektronen- „Loch“ muss gefüllt werden.
2. Ein Enzym extrahiert Elektronen aus Wasser und liefert sie an P680, wodurch die Elektronen ersetzt werden, die das Chlorophyllmolekül verloren hat, als es Lichtenergie absorbierte. Diese Reaktion spaltet ein Wassermolekül in zwei Wasserstoffionen und ein Sauerstoffatom auf, das sich sofort mit einem anderen Sauerstoffatom zu O2 verbindet. Diese Wasserspaltung ist für die Freisetzung von O2 in die Luft verantwortlich.
3. Jedes photoerregte Elektron (angeregt durch Licht) gelangt über eine Elektronentransportkette vom primären Elektronenakzeptor im Photosystem II zum Photosystem I. Diese Elektronentransportkette ist der in der Zellatmung sehr ähnlich; Die Trägerproteine im Chloroplasten usw. unterscheiden sich jedoch von denen in den Mitochondrien usw.
4. Wenn sich Elektronen entlang der Kette bewegen, wird ihr exergonischer „Fall“auf ein niedrigeres Energieniveau von der Thylakoidmembran genutzt, um ATP zu produzieren (durch Chemiosmose). Die Produktion von ATP im Chloroplasten wird als Photophosphorylierung bezeichnet, da die dabei nutzbare Energie ursprünglich aus Licht stammt. Dieser Prozess der ATP-Produktion wird als nicht-zyklische Photophosphorylierung bezeichnet. Das dabei erzeugte ATP liefert die Energie für die Synthese von Glucose während des Calvin-Zyklus (lichtunabhängige Reaktionen).
5. Wenn ein Elektron den „Boden“ der Elektronentransportkette erreicht, füllt es ein Elektronenloch im Molekül Chlorophyll a im Reaktionszentrum des Photosystems I (P700). Das Loch entsteht, wenn Lichtenergie ein Elektron von P700 zum primären Elektronenakzeptor des Photosystems I treibt.
6. Der primäre Elektronenakzeptor des Photosystems I leitet die angeregten Elektronen an eine zweite Elektronentransportkette weiter, die sie an ein eisenhaltiges Protein weiterleitet. Eine Enzymreaktion überträgt die Elektronen vom Protein auf NADP +, das NADPH bildet (das aufgrund der Energie der Elektronen eine hohe chemische Energie aufweist). NADPH ist das Reduktionsmittel, das für die Synthese von Glucose im Calvin-Zyklus benötigt wird.

Unter bestimmten Bedingungen nehmen die photoerregten Elektronen einen alternativen Weg, der als zyklischer Elektronenfluss bezeichnet wird und Photosystem I (P700) verwendet, aber nicht Photosystem II (P680). Thisprocess produziert kein NADPH und kein O2, aber es macht ATP.Dies nennt man zyklische Photophosphorylierung. Der Chloroplast verschiebt sich zu diesem Prozess, wenn die ATP-Versorgung sinkt und der NADPH-Wert ansteigt. Oft übersteigt die Menge an ATP, die benötigt wird, um den Calvin-Zyklus anzutreiben, das, was bei der nicht-zyklischen Photophosphorylierung produziert wird. Ohne sufficientATP wird der Calvin-Zyklus verlangsamen oder sogar stoppen. Der Chloroplast setzt die zyklische Photophosphorylierung fort, bis der ATP-Vorrat wieder aufgefüllt ist. ATP isproduced durch chemiosmosis in der zyklischen und nicht-cyclicphotophosphorylierung.