Lichtabhängige Reaktion der Fotosynthese
Die lichtabhängige Reaktion der Fotosynthese, auch Primärreaktion genannt, ist der erste Schritt im Prozess der Fotosynthese. Sie findet in den Thylakoidmembranen der Chloroplasten statt und ist für die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie verantwortlich.
Der Ablauf der lichtabhängigen Reaktion beginnt mit der Absorption von Licht durch den Antennenkomplex des Fotosystems II. Die Energie wird zum Reaktionszentrum P680 weitergeleitet, wo ein Chlorophyll-a-Molekül in einen angeregten Zustand versetzt wird. Dieses gibt dann ein energiereiches Elektron an ein Akzeptormolekül weiter.
Vocabulary: Fotosystem II ist ein Proteinkomplex in der Thylakoidmembran, der für die Lichtabsorption und den Beginn der Elektronentransportkette verantwortlich ist.
Die entstandene Elektronenlücke im Chlorophyll-a-Molekül wird durch Elektronen aus der Spaltung von Wasser gefüllt. Dieser Vorgang wird als Fotolyse bezeichnet.
Highlight: Bei der Fotolyse wird Wasser in Sauerstoff, Protonen und Elektronen zerlegt. Der dabei entstehende Sauerstoff ist ein Nebenprodukt der Fotosynthese und stammt aus dem Wasser, nicht aus dem CO₂.
Die angeregten Elektronen fließen dann über eine Elektronentransportkette vom Fotosystem II zum Fotosystem I. Während dieses Transfers passieren sie verschiedene Redoxsysteme wie Plastochinon, Cytochrom und Plastocyanin. Dieser Prozess läuft "bergab", das heißt von Redoxsystemen mit hohem Energieniveau zu solchen mit niedrigerem Energieniveau.
Example: Man kann sich die Elektronentransportkette wie eine Wassermühle vorstellen, bei der das Wasser (die Elektronen) von einem höheren zu einem niedrigeren Niveau fließt und dabei Energie für die Mühle (ATP-Produktion) liefert.
Während des Elektronentransfers werden Protonen gegen das Konzentrationsgefälle in den Thylakoidinnenraum gepumpt. Der entstehende Protonengradient wird zur ATP-Bildung genutzt, indem die Protonen durch das Enzym ATP-Synthase zurück ins Stroma fließen. Dieser Vorgang wird als Fotophosphorylierung bezeichnet.
Die Elektronen gelangen schließlich zum Fotosystem I (P700), wo sie die Elektronenlücke auffüllen, die durch eine weitere lichtinduzierte Anregung entstanden ist. Von dort werden sie auf ein Redoxsystem (Ferredoxin) übertragen und schließlich auf NADP+, wodurch NADPH+H entsteht.
Definition: NADPH+H ist ein wichtiges Reduktionsmittel, das in der lichtunabhängigen Reaktion der Fotosynthese benötigt wird.
Die Gleichung der lichtabhängigen Reaktion lässt sich wie folgt zusammenfassen:
12 H₂O + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 P → 6 O₂ + 12 NADPH + H+ + 18 ATP
Diese Reaktion zeigt, dass Wasser gespalten wird, um Sauerstoff zu produzieren, während gleichzeitig ATP und NADPH+H gebildet werden, die für die nachfolgende lichtunabhängige Reaktion benötigt werden.
