Tijdens de lichtreacties van fotosynthese wordt ATP gesynthetiseerd via een proces dat fotofosforylering wordt genoemd. Dit proces omvat het genereren van een protongradiënt over het thylakoïdmembraan, dat vervolgens wordt gebruikt om de synthese van ATP aan te sturen. Hier is een overzicht van de stappen die betrokken zijn bij de ATP-synthese tijdens de lichtreacties:

1. Lichtabsorptie: Chlorofyl en andere pigmentmoleculen in de thylakoïdmembranen absorberen lichtenergie van de zon.

2. Excitatie van elektronen: De geabsorbeerde lichtenergie exciteert elektronen uit de chlorofylmoleculen, waardoor aangeslagen elektronen met hoge energie ontstaan.

3. Elektronentransport: De aangeslagen elektronen worden langs een elektronentransportketen geleid, bestaande uit verschillende elektronendragers en complexen, waaronder fotosystemen I en II.

4. Protonpompen: Terwijl de elektronen door de elektronentransportketen bewegen, worden protonen (H+) vanuit het stroma in het thylakoïdlumen gepompt. Hierdoor ontstaat een protongradiënt, met een hogere concentratie protonen in het lumen vergeleken met het stroma.

5. Activering van ATP-synthase: De protongradiënt die over het thylakoïdmembraan wordt gegenereerd, activeert een enzym dat ATP-synthase of CF1-CF0 ATP-synthase wordt genoemd.

6. ATP-synthese: ATP-synthase is een transmembraaneiwitcomplex dat uit twee hoofdcomponenten bestaat:CF1 en CF0. CF1 bevindt zich in het stroma, terwijl CF0 is ingebed in het thylakoïdmembraan.

- De protonengradiënt zorgt ervoor dat protonen langs hun concentratiegradiënt door CF0 stromen, waarbij een centrale stengel binnen het enzym roteert.

- Deze rotatie veroorzaakt conformationele veranderingen in CF1, wat leidt tot de synthese van ATP uit ADP en anorganisch fosfaat (Pi).

De ATP-moleculen die tijdens de lichtreacties worden geproduceerd, worden vervolgens gebruikt in de Calvin-cyclus, ook bekend als de donkere reacties, om kooldioxide te fixeren en suikers en andere organische verbindingen te synthetiseren.

Over het geheel genomen is fotofosforylering een sleutelproces in de lichtreacties van fotosynthese, waarbij lichtenergie wordt gebruikt om een ​​protongradiënt te genereren en de synthese van ATP aan te sturen. Dit ATP is essentieel voor de daaropvolgende stappen van de fotosynthese en levert de energie die nodig is om koolstofdioxide om te zetten in organische moleculen.