Lichtabhängige Reaktion der Photosynthese

Die lichtabhängige Reaktion Fotosynthese ist ein komplexer Prozess, der aus der zyklischen und nicht-zyklischen Phosphorylierung besteht. Das Hauptziel dieser Reaktion ist es, Lichtenergie aufzunehmen und in chemische Energie umzuwandeln. Dabei entstehen wichtige Produkte wie NADPH + H+ und ATP, die für die Sekundärreaktionen benötigt werden, sowie Sauerstoff, der entweder abgegeben oder für die zelleigene Atmung genutzt wird.

Nicht-zyklische Fotophosphorylierung

Bei der nicht zyklischen Fotophosphorylierung beginnt der Prozess am Photosystem II (FSII). Hier nehmen Elektronen Lichtstrahlen auf und gelangen dadurch auf ein höheres Energieniveau. Diese angeregten Elektronen wandern entlang der Elektronentransportkette Fotosynthese zum Photosystem I (FSI). Während dieser Wanderung wird schrittweise Energie freigesetzt, die für die ATP-Produktion genutzt wird.

Definition: Die chemiosmotische Phosphorylierung ist der Prozess, bei dem die freigesetzte Energie genutzt wird, um Protonen aus dem Stroma in den Innenraum zu pumpen, wodurch ein Protonengradient entsteht.

Dieser Protonengradient treibt die ATP-Synthase an, die ADP und Phosphat zu ATP umwandelt. Am FSI werden die Elektronen erneut angeregt und gelangen über Ferredoxin zum Elektronenendakzeptor NADP+. Dabei wird Energie frei, die genutzt wird, um die Elektronen und zwei Protonen an NADP+ zu binden, wodurch NADPH + H+ entsteht.

Highlight: Bei der nicht-zyklischen Fotophosphorylierung entstehen NADPH + H+ und ATP zu gleichen Teilen.

Zyklische Photophosphorylierung

Im Gegensatz dazu verläuft die zyklische Photophosphorylierung etwas anders. Hier werden die am FSI angeregten Elektronen über Ferredoxin zurück zur ersten Elektronentransportkette geleitet und wandern dann wieder zum FSI zurück. Dabei wird schrittweise Energie freigesetzt, die wie bei der nicht-zyklischen Fotophosphorylierung für die ATP-Produktion durch chemiosmotische Phosphorylierung genutzt wird.

Highlight: Bei der zyklischen Photophosphorylierung entsteht nur ATP, kein NADPH + H+.

Fotolyse des Wassers

Ein wichtiger Aspekt der lichtabhängigen Reaktion ist die Schließung der Elektronenlücke, die am FSII durch die Abgabe der angeregten Elektronen entsteht. Dies geschieht durch die Fotolyse des Wassers.

Vocabulary: Fotolyse bezeichnet die lichtinduzierte Spaltung chemischer Verbindungen.

Bei diesem Prozess wird ein Wassermolekül in 2 Elektronen, 2 Protonen und ein halbes Sauerstoffmolekül gespalten. Diese Reaktion ist entscheidend für die Aufrechterhaltung des Elektronenflusses und die Produktion von Sauerstoff als Nebenprodukt der Photosynthese.

Example: Die Gleichung für die Fotolyse des Wassers lautet: H2O → 2e- + 2H+ + 1/2 O2

Der Unterschied zyklischer und nicht zyklischer Elektronentransport liegt hauptsächlich in der Produktion von NADPH + H+. Während beide Prozesse ATP erzeugen, produziert nur der nicht-zyklische Elektronentransport zusätzlich NADPH + H+, welches für die Kohlenstofffixierung im Calvin-Zyklus benötigt wird.