Lichtreaktion der Photosynthese (Primärreaktion)

Membranbestandteile, die an der Lichtreaktion beteiligt sind

• Die Lichtreaktion findet an der inneren Chloroplastenmembran (Thylakoidmembran) statt.
• Die Membran enthält zwei Photosysteme (PI und PII), die mit ihren Atennenpigmenten (A) das Licht absorbieren und zum Reaktionszentrum weiter leiten, wo es in chemische Energie umgewandelt wird.
• Am wasserspaltenden Enzym (WE) wird Wasser zerlegt (Photolyse).
• Redoxsysteme (Oxidoreduktasen) transportieren Elektronen durch die Membran:

  Redoxkette: nacheinander angeordnete Oxidoreduktasen

  Ferredoxin (F)

  NADP⁺-reduzierendes Enzym (N: Ferredoxin-NADP⁺-Reduktase)

• Das Enzym ATPase synthetisiert ADP zu ATP.

Lichtgetriebener Elektronentransport

• Absorption der Lichtquanten durch Antennenpigmente (A)
• Lichtenergie wird in das Photosystem II (PII: P 680, gilt auch für PI) weitergeleitet
• "Anregung" des Chlorophyllmoleküls durch Übernahme der Lichtquanten, Elektronen des Chlorophyllmoleküls gelangen auf ein höheres Energieniveau und werden auf die Redoxkette übertragen
• die entstandene Elektronenlücke im Chlorophyllmolekül bewirkt einen "Elektronensog" im PII, der die Photolyse auslöst: das Wassermolekül wird enzymatisch gespalten (WE), die frei werdenden Elektronen schließen die Elektronenlücke
• das elektronenliefernde Wassermolekül zefällt in Wasserstoffprotonen und Sauerstoff (Photolyse)

Bilanz der Photolyse

• die energiereichen Elektronen durchlaufen die Redoxkette (Elektronentransportkette: Kette von Redoxsystemen, die aus Oxydoreduktasen bestehen, es erfolgt eine ständige Reduktion und Oxidation, d.h. ein Weitertransport der Elektronen)
• die Elektronen werden auf das PS I (P 700) übertragen, die die bereits vorhandene "Elektronenlücke" im PS I schließen
• die aus der "Anregung" des PS I stammenden Elektronen werden auf ein Redoxsystem F (Ferredoxin) übertragen und an ein NADP reduzierendes Enzym (N) weitergeleitet
• Vereinigung der Elektronen mit Wasserstoffprotonen und mit NADP⁺ zu NADPH + H⁺ (Reduktionsmittel zur Reduktion von Glukose)

Bilanz des Elektronentransports

Photophosphorylierung

• im Stroma reagieren H⁺ Protonen ständig zu NADPH + H⁺ (Folge: Protonenmangel)
• im Thylakoidinnenraum werden ständig H⁺ Protonen durch die Photolyse freigesetzt, es kommt zu einem Protonenüberschuß (hohe Konzentration an Wasserstoffprotonen)
• das Redoxsystem reagiert innerhalb der Elektronentransportkette H⁺ aus dem Stroma, die in den Thylakoidinnenraum abgegeben werden, was zu einer zusätzlichen Anreicherung mit H⁺ führt
• durch diese Vorgänge entsteht ein erheblicher Konzentrationsunterschied (Gradient) an H⁺ zwischen Stroma und Thylakoidinnenraum
• die in diesem Protonengradient enthaltene Energie, wird zur Bildung von ATP genutzt: die Wasserstoffprotonen werden über die ATPase vom Thylakoidinnenraum entsprechend dem Konzentrationsgefälle ins Stroma transportiert, dabei wird ATP gebildet

Bilanz der Photophosphorylierung

Bedeutung

ATP und NADPH+H⁺ stehen nun für Synthese von Traubenzucker (Glukose) in der Dunkelreaktion zur Verfügung.