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Lichtreaktion

Bei der Lichtreaktion wird Sonnenlicht in chemische Energie umgewandelt. Mehrere Proteinkomplexe sind daran beteiligt.

Pflanzen und Algen haben zwei separate photosynthetische Komplexe: Photosystem I und II. Diese beiden Photosysteme enthalten unterschiedliche Pigmentmoleküle, die jeweils bestimmte Wellenlängen des Lichts absorbieren. Sie absorbieren also Sonnenlicht und übertragen die Anregungsenergie auf das benachbarte Pigmentmolekül, bis das Reaktionszentrum in der Antennenbasis erreicht ist.

Das Reaktionszentrum enthält mehrere Moleküle, welche die Umwandlung der Anregungsenergie in einen Elektronenfluss ermöglichen. Die Elektronen werden aus den Chlorophyllmolekülen des Reaktionszentrums ausgestoßen und rasch von Molekülen in der Nähe absorbiert.

Im Photosystem II werden diese Elektronen verwendet, um ein Trägermolekül namens Plastochinon zu reduzieren. Das Plastochinon nimmt bis zu zwei Elektronen und zwei Protonen auf und überträgt die Elektronen an den nächsten Komplex in der Elektronentransportkette.

Elektronentransportkette in Form von vier in einer Reihe angeordneten Molekülstrukturen, eingebettet in die Chloroplastenmembran. Das erste Molekül auf der linken Seite, Photosystem II, hat zwei Reaktionszentren im Inneren. Das nächste Molekül in der Reihe, das Plastochinon, enthält das Enzym Cytochrom b6f und Plastocyanin, das an seinem unteren rechten Teil befestigt ist. Das dritte Molekül in der Reihe ist das Photosystem I und das letzte die ATP-Synthase. Sowohl auf das Photosystem I als auch auf das Photosystem II fallen zwei gelbe Strahlen vom oberen Rand des Bildes. Der Raum oberhalb der Molekülreihe wird als „Chloroplastenstroma“ und der untere Teil als „Thylakoidlumen“ bezeichnet. Zwei kleine rote Kugeln werden im Thylakoidlumen zerlegt, und eine Kugel, Sauerstoff genannt, wird in das Photosystem II transportiert. Die Elektronen sind als helle blaue Kugeln dargestellt, die sich im Inneren des Photosystems II, des Plastochinons und des Photosystems I befinden. Oberhalb des ATP-Synthase-Moleküls sind zwei Reaktionen dargestellt. Die eine zeigt die Umwandlung von ADP und der Phosphatgruppe in ATP, die andere die Umwandlung von NADP, einem Wasserstoffatom und zwei Elektronen in ein NADPH-Molekül.

Der sauerstofffreisetzende Komplex befindet sich neben den beiden Reaktionszentrum-Chlorophyllmolekülen des Photosystems II. In dieser Struktur wird die wasserspaltende Reaktion katalysiert. Die Wasserspaltung ist für die Ersetzung des Elektrons im Chlorophyll und die Aufrechterhaltung der Elektronentransportkette von essenzieller Wichtigkeit. Der sauerstofffreisetzende Komplex spaltet Wasser in molekularen Sauerstoff, Protonen und Elektronen. Die Protonen diffundieren ins Thylakoidlumen, wo sie sich ansammeln. Für alle zwei Wassermoleküle, die gespalten werden, wird je ein Sauerstoffmolekül gebildet. Sauerstoff ist sozusagen das Abfallprodukt der Photosynthese.

Dies ist die chemische Gleichung für die Lichtreaktion:

2 H2O + 2 NADP+ + nADP + nPi → O2 + 2 NADPH + 2 H+ + nATP

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