Bio 4.3. p105-110

4.3. De lichtreacties in detail: van licht naar ATP en NADPH

• Plaats van de lichtreacties:

  • in het thylakoïdmembraan van de chloroplasten.

  • Het membraan bevat belangrijke complexen zoals fotosysteem II (PS II) en fotosysteem I (PS I).

  • Samen met verschillende elektronendragers vormen deze systemen een elektronen transport keten.

• Fotosystemen en antennepigmenten:

  • Een fotosysteem is een groot eiwitcomplex dat tientallen pigmentmoleculen bevat, waaronder:

    • Chlorofyl a

    • Chlorofyl b

    • Carotenoïden

  • De meeste pigmenten functioneren als een antenne:

  • Vangen fotonen (lichtdeeltjes) op en geven de energie door.

  • Een reactiecentrum in het centrum met speciale chlorofyl a-moleculen.

  • 

  • Wanneer lichtdeeltjes door de antennepigmenten worden gevangen:

    • Wordt de energie overgedragen naar het reactiecentrum.

    • Daar wordt een elektron in chlorofyl a zo sterk aangeslagen dat het wordt losgelaten.

    • Dat elektron wordt opgevangen door een elektronenacceptor, wat het startpunt is van de elektronen transport keten.

Stap 1: Fotosysteem II en de fotolyse van water

• Werking van Fotosysteem II (PS II):

  • Vangt lichtenergie op met de antenne en geeft deze door aan het reactiecentrum.

  • Chlorofyl a-moleculen raken aangeslagen en geven een elektron af aan een elektronenacceptor.

  • Dit resulteert in een tekort aan elektronen in het chlorofyl a-molecuul, waardoor het erg reactief is.

• Fotolyse van water:

  • Het tekort aan elektronen wordt aangevuld via een water splitsend complex (fotolyse) dat vlak bij PS II ligt.

  • Bij de fotolyse (splitsing onder invloed van licht) wordt water (H₂O) gesplitst in:

    • Zuurstofgas (O₂)

    • H⁺-ionen (protonen)

    • Elektronen

  • De elektronen die vrijkomen vullen het elektronentekort in chlorofyl in PS II aan.

  • Het vrijgekomen zuurstofgas is het O₂ dat planten aan de lucht afgeven.

  • De gevormde H⁺-ionen worden in het lumen van de thylakoïde verzameld en dragen bij aan een protongradiënt (een concentratieverschil van H⁺ tussen lumen en stroma).

Stap 2: Elektronentransportketen en protonpomp

• Overdracht van elektronen in de keten:

  • De elektronen die uit PS II komen en door de elektronenacceptor zijn opgenomen, worden doorgegeven aan een serie van elektronendragers in de elektronentransportketen.

  • Bij elke overdracht verliezen de elektronen een beetje energie.

  • Deze energie wordt gebruikt door een protonpomp om extra H⁺-ionen vanuit het stroma naar het lumen te pompen.

  • Het resultaat is een hoge concentratie H⁺ in het lumen en een lagere concentratie in het stroma,

  • Dit veroorzaakt een soort “spanningsverschil” over het membraan, wat door de cel kan worden benut.

  • Uiteindelijk komen de elektronen na de elektronentransportketen terecht in fotosysteem I (PS I).

  • 

Stap 3: Fotosysteem I en de vorming van NADPH

• Werking van Fotosysteem I (PS I):

  • Ook in PS I wordt lichtenergie opgevangen door een antennesysteem, dat de energie doorgeeft aan een reactiecentrum met chlorofyl a.

  • Dit resulteert in het opnieuw sterk aanslaan van de elektronen, die weer extra energie ontvangen.

• Vorming van NADPH:

  • De energierijke elektronen worden gebruikt om NADP⁺ (nicotinamide-adenine-dinucleotidefosfaat) te reduceren tot NADPH.

  • NADP⁺ kan worden beschouwd als een lege bus die elektronen en waterstofionen kan oppikken.

  • Wanneer NADP⁺ elektronen en een H⁺-ion absorbeert, vormt zich NADPH: de bus is dan "gevuld" met energierijke elektronen.

  • De reactievergelijking is als volgt:

    

  • Het elektronentekort in PS I wordt aangevuld door de elektronen die vanuit PS II via de elektronentransportketen zijn doorgegeven,

  • Hiermee wordt de keten gesloten. de keten is dus rond.

Ondertussen: ATP-synthase en fosforylatie - van ADP naar ATP

• Rol van de protonpomp:

  • De protonpomp, in combinatie met de fotolyse, genereert een hoge concentratie H⁺-ionen in het lumen.

  • Deze protonen willen zich verplaatsen van het lumen (hoge concentratie) naar het stroma (lagere concentratie).

  • Aangezien ze niet zomaar door het membraan kunnen, moeten ze passeren via een speciaal eiwitcomplex: ATP-synthase.

• Functie van ATP-synthase:

  • Dit grote enzymcomplex werkt als een soort molentje dat in het thylakoïdmembraan steekt.

  • Wanneer H⁺-ionen via ATP-synthase van het lumen naar het stroma stromen, Draait dit molentje rond.

  • De energie die vrijkomt bij deze beweging wordt gebruikt om ADP (adenosinedifosfaat) en fosfaat (Pi) aan elkaar te koppelen tot ATP (adenosinetrifosfaat).

  • De reactievergelijking voor deze reactie is:

    • ADP + Pi → ATP

  • Dit proces, genaamd fosforylatie, produceert ATP en NADPH

  • specifiek fotofosforylatie, omdat het door lichtenergie wordt aangedreven

  • Deze worden vervolgens in het stroma gebruikt in de Calvincyclus.

de lichtreacties in totaal