Photosynthese

Im weiteren Sinne bezeichnet der Begriff Photosynthese jede lichtabhängige Synthese.
Meist wird jedoch jener Prozess der Energieumwandlung als Photosynthese bezeichnet, bei dem Lichtenergie in chemische Energie in Form von ATP und Kohlenhydrate umgewandelt wird.

Die Photosynthese ist der bedeutendste Vorgang organischer Stoffproduktion auf der Erde und ist bei den grünen Pflanzen an die Chloroplasten gebunden.
Die Primärvorgänge (Lichtreaktionen) sind an das Membransystem der Thylakoide fixiert, während die Sekundärvorgänge (Dunkelreaktionen) im Stroma der Chloroplasten ablaufen, in dem mit Ausnahme der thylakoiden Carboxydismutase die Enzyme der Kohlendioxidassimilation lokalisiert sind.
Bei der Photosynthese der grünen Pflanzen ist Chlorophyll a das wichtigste photosynthetische Pigment.
Andere Chlorophylle weisen nur unterstützende Funktion auf und werden als akzessorische Pigmente bezeichnet.

Bei der Lichtreaktion wird Lichtenergie über Elektronenanregungsenergie in chemische Energie einer energiereichen Verbindung (ATP) und eines Reduktionsmittels (NADPH) umgewandelt.
Die Bildung von ATP, NADPH und H⁺ erfolgt in der nichtzyklischen Photophosphorylierung, die mit einer Photolyse des Wassers verbunden ist.
Bei grünen Pflanzen existieren 2 Lichtreaktionen, bzw. ein Photosystem I und II, die hintereinander geschaltet sind.
Chlorophyll aI und aII absorbieren Licht und emittieren Elektronen.
Die aus Chlorophyll aI emittierten Elektronen werden von Ferredoxin übernommen und auf NADP+ übertragen.
Die aus Chlorophyll aII emittierten Elektronen werden über eine Elektronentransportkette, die Plastochinon, Plastocyanin und Cytochrom f enthält, auf Chlorophyll aI übertragen, so dass die "positiven Löcher" (Elektronenvalenzen) des Chlorophyll aI aufgefüllt werden.
Im Zuge dieser Elektronentransportkette wird ATP gebildet.
Die positiven Löcher des Chlorophyll aII werden durch Elektronen ausgeglichen, die aus der Photolyse des Wassers stammen.
Das Zusammenwirken von 2 Lichtreaktionen bzw. Photosystemen führt zur Bildung von ATP und NADPH, die für die Sekundärvorgänge gebraucht werden.
Die aus Chlorophyll aI emittierten Elektronen können auch durch einen zyklischen Elektronentransport über eine Cytochromkette auf Chlorophyll aI zurückgeführt werden, wobei ATP, aber nicht NADPH entsteht (Photophosphorylierung).

Das durch die Lichtreaktionen gewonnene energieliefernde ATP sowie das NADPH und H⁺ ermöglichen die lichtunabhängigen Reaktionen der reduktiven Kohlenhydratsynthese, von der Photosynthesecarboxylierung bis zur Bildung der Kohlenhydratreserven, z.B. Stärke.