Photophosphorylierung

Das vom Licht angeregte Chlorophyll-Molekül gibt durch den Energiezuschuss ein Elektron ab (das Elektron wird auf ein höheres Energieniveau gebracht). Dieses Elektron wird von einem speziellen Molekül „aufgefangen“ (sogenannter Elektronenakzeptor), das dadurch seinerseits angeregt wird und ein Elektron auf das nächste geeignete Molekül überträgt.

So ist durch ein einziges Photon eine Elektronentransportkette entstanden, die die zusätzliche Energie in Form eines Elektrons weiterreicht. Bei der Übertragung wird auch Energie frei, die die Pflanze in Form von speziellen chemischen Bindungen speichert. Dies geschieht, in dem Phosphatmoleküle an ein spezielles Molekül, das Adenosin, gekoppelt werden. Je nach Menge der angehängten Phosphatmoleküle spricht am von Adenosinmono-, -di- oder -triphosphat, wobei das Adenosintriphosphat (ATP) das energiereichste ist.

Die ATP-Bildung ist eine Art kurzfristig verfügbare Kapitalanlage der Pflanzen und auch der Tiere. Je mehr ATP vorhanden ist, desto mehr verfügbare Energie hat die Pflanze, um Reaktionen durchzuführen.

Das Elektron, das dem Chlorophyllmolekül weggenommen wurde, hat eine Lücke hinterlassen. Diese muss wieder aufgefüllt werden. Das geschieht durch die Spaltung von Wasser (Photolyse). Das Chlorophyllmolekül ist in seinem angeregten Zustand (nach der Aussendung eines Elektrons) hochreaktiv und entzieht dem Wasser das fehlende Elektron. Aus dem Wasser (H2O) entstehen O2 und 4H .

Die Gleichung der Photolyse lautet: 12H2O h*v -> 24H 6O2

Photosysteme I und II
Diese Reaktionen laufen nicht willkürlich an irgendeinem Ort ab, sondern an bestimmten Reaktionszentren. Diese sind entlang der Thylakoidmembran der Chloroplasten organisiert. Dabei wird zwischen zwei Bereichen unterschieden:

-    ein Bereich, der Licht der Wellenlängen 680 nm und kleiner absorbiert (genannt P (igment) 680)
-    ein Bereich, der bei Wellenlängen um 700 nm (P 700) absorbiert.

Dabei findet die Wasserspaltung im Photosystem (PS) II statt, das freiwerdende Elektron wandert unter Energieverlust (der zur Gewinnung von ATP genutzt wird) zum PS I. Hier wird unter Absorption eines weiteren Elektrons NADP zu NADPH reduziert. NADP ist ein weiterer Energiespeicher (Reduktionsäquivalent), der für viele biochemische Vorgänge notwendig ist.

Durch diese Elektronenübertragung sind die Photosysteme I und II aneinander gekoppelt, in der Reihenfolge PS II, PS I. Dies nennt man nicht-zyklische oder lineare Photophosphorylierung. Das PS I ist zudem dazu in der Lage, in der zyklischen Photophosphorylierung ATP zu bilden. Dazu wird das Elektron nicht auf das NADP übertragen, sondern sein Energieverlust beim Transport wird zur ATP-Produktion verwendet. Das Elektron kehrt am Ende wieder zu seinem Ausgangspunkt (dem Reaktionszentrum) zurück. Daher wird diese Phosphorylierung als zyklisch bezeichnet.


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