Elektronentransport und Fotophosphorylierung
Merke
Der isolierter Chloroplast erzeugt ATP bei Zugabe von ADP und Pi. CO2 wird dabei nicht benötigt!
Lichtreaktion im Ablauf
Gezeigt sind die Vorgänge der Primärreaktion der Fotosynthese. Oft werden diese als Fotophosphorylierung beschrieben. Beschreiben Sie die Abbildung als Übung! Welche Vorgänge laufen parallel ab? Was sind die Endprodukte der Lichtreaktion? Erklärungen finden Sie im Text auf dieser Seite! Verwendete Abkürzungen: Pq: Plastochinon; Pc: Plastocyanin; Fd: Ferredoxin.
Mittels Fotophosphorylierung wird aus der „eingesammelten" Lichtenergie ATP gewonnen.
Dabei laufen folgende Prozesse ab:
- In der Thylakoidmembran wird eine Elektronentransportkette betrieben. Elektronen werden über die Membran gepumpt und sorgen dabei für die Reduktion von NADP+ (vergleichePunkt B!).
- Gleichzeitig baut sich im Thylakoidinnenraum ein Protonengradient auf (vergleiche auch Fotolyse des Wassers [A], dieser betreibt ein ATP-Synthese-System).
Ablauf der chemischen Primärreaktion in Stichpunkten:
- Wasser wird unter Elektronenentzug (OXIDATION) gespalten. Dies benötigt Energie!
- Die Energie wird über die Lichtreaktionen I + II gesammelt. Dabei ist zu beachten, dass die Anregung bei einer Wellenlänge von 700 nm (Fotosystem I, ChlorophyllaI) nicht ausreicht. Erst die Anregung mit 680 nm am Fotosystem II ist energiereich genug, um Wasser zu spalten.
- Die Prozesse der Lichtreaktion sind in Proteinkomplexen in der Thylakoidmembran lokalisiert.
- Fotosystem II wird angeregt. Dabei wird ein ChlorophyllaII in einen angeregten Zustand versetzt. In diesem Zustand werden ihm 2 Elektronen entzogen. Das Chlorophyll fällt in seinen Ausgangszustand zurück (und hat nun eine Elektronenlücke!).
- Protein (= wasserspaltender Komplex) entzieht Wasser diese 2 Elektronen und gibt sie an ChlorophyllaII ab. Dadurch wird die Elektronenlücke des Chlorophylls geschlossen.
- Bei der Wasserspaltung entstehen 2 Elektronen, 2 Protonen und ½ O2.
- Die Protonen verbleiben nach der Wasserspaltung im Thylakoidinnenraum.
- Elektronenakzeptoren im Fotosystem II geben Elektronen auf Plastochinon, dieses auf Cytochromkomplex/Cu-Protein.
- Am Fotosystem I wird ebenso ein Chlorophyll-Molekül angeregt, diesem Chlorophyll werden ebenso 2 Elektronen entzogen. Chlorophyll kann die so entstandene Elektronenlücke über die Elektronen aus der Thylakoidmembran (Cytochromkomplex/Plastocyanin) schließen.
- Die Elektronen aus der Anregung des Fotosystems I wandern weiter zu dem beweglichen Elektronenakzeptor Ferredoxin. Dort werden sie auf NADP+ übertragen, welches unter gleichzeitiger Zugabe von H+ zu NADPH+H+ reduziert wird.
- Während Elektronen über die Thylakoidmembran weitergeleitet werden, entsteht ebenso ein Protonenungleichgewicht zwischen Thylakoidinnenraum und Stroma.
- Die Thylakoidmembran ist „dicht", das heißt nicht permeabel für Protonen. Protonen können den in der Lichtreaktion entstehenden Gradienten nur über die Passage der ATP-Synthase ausgleichen. Der Rückfluss der Protonen in das Stroma wird zur Bildung von ATP aus ADP und Pi genutzt.
- Diese Reihe von Vorgängen wird als nichtzyklische Fotophosphorylierung beschrieben!
Merke
Nichtzyklische Fotophosphorylierung => Erzeugung von ATP über Elektronentransport und Protonengradient.
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