Door David Chandler Bijgewerkt op 24 maart 2022

TL;DR

Tijdens de lichtfase van de fotosynthese wordt water gesplitst, waardoor vrije zuurstofatomen vrijkomen die paren en zuurstofgas vormen.

Lichtreacties

De lichtreacties oogsten zonne-energie en zetten deze om in chemische energie voor de donkerreacties. Zonlicht exciteert elektronen in chlorofyl, die door een elektronentransportketen reizen, waardoor een protongradiënt over het thylakoïdemembraan ontstaat. ATP-synthase maakt gebruik van deze gradiënt om ATP te produceren, terwijl NADP⁺ wordt gereduceerd tot NADPH. Deze moleculen zorgen voor de koolhydraatsynthese in de Calvin-cyclus.

Cyclische en niet-cyclische fotofosforylering

Fotofosforylering kan op twee manieren plaatsvinden. Bij cyclische fotofosforylering keert het elektron terug naar het fotosysteem nadat het de keten van energie heeft voorzien, waarbij ATP wordt geproduceerd zonder NADPH te vormen. Bij niet-cyclische (lineaire) fotofosforylering wordt het elektron uiteindelijk overgebracht naar NADP⁺, waardoor NADPH wordt gegenereerd en een nieuw elektron uit water nodig is. Deze omzet stimuleert de zuurstofevolutie.

Chloroplasten

Bij eukaryotische fotosynthetische organismen vindt het hele proces plaats in de chloroplasten. These organelles contain thylakoid membranes that form stacks called grana. De thylakoïdemembranen huisvesten de fotosystemen en brengen de protongradiënt tot stand die nodig is voor ATP-synthese. Hoewel alle fotosynthetische organismen thylakoïdmembranen bezitten, kapselen alleen eukaryoten deze in in chloroplasten.

Fotosystemen

Fotosystemen zijn pigment-eiwitcomplexen ingebed in het thylakoïdmembraan. Chlorofyl A vormt de kern van elk fotosysteem en vangt lichtenergie op, waardoor elektronen worden geactiveerd. Het chlorofyl herbergt ook een watersplitsend complex dat het verloren elektron aanvult door water te oxideren, waarbij zuurstof als bijproduct vrijkomt.

Zuurstofvorming

Wanneer het watersplitsende complex water oxideert, splitst het een molecuul H₂O in twee protonen en één elektron. Twee van zulke elektronen combineren zich en de vrijgekomen zuurstofatomen uit twee watermoleculen vormen één molecuul O₂. Er moeten dus vier elektronen worden overgedragen om één O₂-molecuul te genereren. De resulterende protonen dragen bij aan de protongradiënt over het thylakoïdmembraan, terwijl ATP en NADPH worden geproduceerd voor de Calvin-cyclus.