Wie die Primärreaktion abläuft – ein vertiefender Einblick

  • das Licht bewirkt einen Elektronenfluss in der Thylakoidmembran vom PS II zum PS I auf NADP+
  • die Elektronen fließen vom PS II über Cytochrom bf zum PS I
  • der Elektronenfluss erzeugt einen Protonengradienten und führt zur NADPH – Synthese
  • der Protonengradient treibt die ATP – Synthese an

Lichtgetriebener Elektronentransport

Lichtenergie lässt Elektronen von Wasser über Photoystem II, den Cytochrom b6f – Komplex und das Photosystem I auf NADP+ fließen. Dadurch entsteht ein Protonengradient.

  1. Lichtquanten aktivieren Elektronen im Photosystem II, die dadurch auf Plastochinon (Q) übertragen werden.
  2. Das angeregte Reaktionszentrum entzieht dem Mn4-Komplex Elektronen zu Auffüllen der Elektronenlücke. Die Abgabe führt zur Freisetzung von Sauerstoff und Wasserstoffprotonen (Beitrag zum Protonengradienten).
  3. Plastochinol (QH2) überträgt 2 Elektronen auf Cytochrom b6f
  4. Cytochrom b6f vermittelt zwischen dem Zwei-Elektronentransporteur QHund dem Ein-Elektronentransporteur Plastocyanin (Pc). Dadurch gelangen 4 Protonen in das Thylakoidlumen (Beitrag zum Protonengradienten).
  5. Plastocyanin überträgt ein Elektron auf das Photosystem I zum Schließen einer Elektronenlücke.
  6. Angeregte Elektronen vom Photosystem II werden auf Ferredoxin übertragen.
  7. Ferredoxin vermittelt die Elektronenübertragung auf die Ferredoxin-NADP+-Reduktase, was zur Reduktion von NADPH führt (Beitrag zum Protonengradienten).

ATP – Synthese (Photophosphorylierung)

Der Protonengradient versetzt Teile der ATP-Synthase in Bewegung (protonenmotorische Kraft), die Rotation bewirkt die Synthese von ATP aus ADP + P.

  • der lichtgetriebene Elektronentransfer leistet durch folgende Prozesse einen Beitrag zum Aufbau des Protonengradienten:
    • Spaltung von Wasser: die Protonenkonzentration im Thylakoidlumen nimmt zu
    • Cytochrom bf: Protonen aus dem Stroma werden in das Thylakoidlumen transportiert.
    • Ferredoxin-NADP+-Reduktase: Protonen im Stroma binden an NADP+, was die Protonenkonzentration im Stroma verringert
  • die dem Protonengradienten entsprechende Energie (protonenmotorische Kraft) ist die Summe zweier Komponenten:
    • Ladungsgradient
    • chemischer Gradient
  • die protonenmotorische Kraft in den Chloroplasten stammt hauptsächlich aus dem chemischen Gradienten, in den Mitochondrien ist der Anteil des Ladungsgradienten (Membranpotential) größer

Das liegt daran, dass die Thylakoidmembran für Cl und Mg2+ durchlässig ist. Der lichtinduzierte Protonentransport führt zu einer Bewegung der Cl in die gleiche Richtung und zu einer Bewegung von Mg2+in die entgegengesetzte Richtung, was zu einer Ladungsneutralisation führt, ein Membranpotential wird nicht aufgebaut.

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