Lichtreacties van de fotosynthese: definitie, fotolyse, ATP en NADPH
Lichtreacties van de fotosynthese: leer over fotolyse, ATP- en NADPH-vorming in chloroplasten en hoe water gesplitst wordt waardoor zuurstof vrijkomt in de grana thylakoïde.
Zie ook:Calvijncyclus
Definitie en kort overzicht
In de fotosynthese zijn de lichtreacties (licht-afhankelijke reacties) de eerste fase. Zij gebruiken lichtenergie van de zon om chemische energie te vormen en om water te splitsen (de fotolyse). Door deze processen ontstaan zuurstof, protonen en elektronen. De elektronen bewegen vervolgens door een elektronentransportketen in de membranen van de chloroplasten. De energie die daarbij vrij komt wordt gebruikt om door chemiosmose ATP te vormen; daarnaast wordt NADPH gemaakt, dat nodig is voor de daaropvolgende lichtonafhankelijke reacties (de Calvijncyclus).
Afbeeldingengalerij
1 Afbeelding
Waar in de cel gebeurt het?
De lichtreacties vinden plaats in de thylakoïde-membranen van de chloroplast, met name in de grana (gestapelde thylakoïden). Deze membranen bevatten de fotosystemen, elektronendragers en het ATP-synthasecomplex dat de protonengradiënt benut.
Belangrijkste stappen (vereenvoudigd)
- Opvangen van licht: Chlorofyl en andere pigmenten in fotosysteem II (PSII) en fotosysteem I (PSI) absorberen fotonen.
- Fotolyse van water: In PSII wordt water gesplitst; dit levert elektronen, protonen (H+) en zuurstof als bijproduct.
- Elektronentransportketen: Elektronen stromen via draagermoleculen zoals plastoquinon, het cytochroom b6f-complex en plastocyanine naar PSI. Daarbij wordt energie vrijgemaakt en protonen in het thylakoïde-lumen gepompt.
- ATP-vorming (fotofosforylering): De protonengradiënt (verschil in H+ concentratie) drijft ATP-synthase aan; door chemiosmose wordt ATP gevormd.
- Vorming van NADPH: In PSI worden elektronen opnieuw aangeslagen door licht en uiteindelijk overgedragen op NADP+ door het enzym ferredoxin–NADP+ reductase, waardoor NADPH ontstaat.
Fotolyse van water en zuurstofproductie
De fotolyse vindt plaats in het oxygen-evolving complex van PSII. Per twee watermoleculen die gesplitst worden ontstaan vier elektronen, vier protonen en één molecule O₂. De vrijgekomen zuurstof diffundeert uit de plant als afvalproduct en is van groot belang voor de atmosfeer en bijna alle aerobe levensvormen.
Lineaire en cyclische elektronentransporten
Er zijn twee hoofdroutes voor elektrisch transport:
- Lineaire (niet-cyclische) elektronentransport: Elektronen stromen van water via PSII → cytochroom b6f → PSI → NADP+, wat leidt tot productie van zowel ATP als NADPH.
- Cyclisch elektronentransport rond PSI: Elektronen keren terug van PSI naar het cytochroom b6f-complex en dragen zo extra bij aan de protonengradiënt. Dit levert extra ATP maar geen NADPH of O₂; planten gebruiken deze route als er meer ATP nodig is dan NADPH.
Rol van ATP en NADPH
De gevormde ATP en NADPH leveren de chemische energie en gereduceerde elektronen voor de lichtonafhankelijke reacties (de Calvijncyclus), waarin CO₂ wordt vastgelegd en omgezet in suikers en andere organische verbindingen. De exacte verhouding van ATP:NADPH die uit de lichtreacties komt kan variëren; soms is extra ATPproductie via cyclisch elektronentransport nodig.
Ecologische en biologische betekenis
De lichtreacties zijn essentieel: ze zetten zonne-energie om in bruikbare chemische energie en produceren de zuurstof die de atmosfeer verrijkt. Daardoor vormen ze de basis van vrijwel alle voedselketens en beïnvloeden ze de chemische samenstelling van de aarde.
De beweging van elektronen
- Het licht valt op de chloroplast, die absorbeert het licht en houdt het vast.
- Chlorofyl kanaliseert het licht naar een reactiecentrum.
- Een elektron in het reactiecentrum wordt geëxciteerd tot een hoger energieniveau, en wordt ontvangen door een elektronenacceptor. Dit elektron is afkomstig van de splitsing van water: (H2O → 1/2O2 + 2H+ + 2e-)
- Het elektron wordt langs een reeks elektronendragers geleid. Het beweegt zich omlaag in energieniveaus en verliest energie. Deze energie veroorzaakt het pompen van waterstof uit het cytoplasma van chlorofyl in thylakoïde ruimten binnenin de grana. De waterstof diffundeert en stroomt via eiwitkanalen terug naar het cytoplasma. Terwijl de waterstof langs een concentratiegradiënt diffundeert, wordt ATP gemaakt uit ADP en anorganisch fosfaat.
- Uiteindelijk wordt het elektron gebruikt om NADP te reduceren tot NADPH samen met waterstof afkomstig van fotolyse.
Geschiedenis
Colin Flannery was de eerste die het idee opperde dat fotosynthese licht nodig heeft, in 1779. Hij erkende dat hiervoor zonlicht nodig was dat op planten viel, hoewel Joseph Priestly in 1772 de productie van zuurstof had opgemerkt zonder de associatie met licht. Cornelius Van Niel stelde in 1931 voor dat fotosynthese een geval is van een algemeen mechanisme waarbij een foton licht wordt gebruikt om een waterstofdonor te foto-ontleden en waarbij de waterstof wordt gebruikt om CO
2. In 1939 toonde Robin Hill aan dat geïsoleerde chloroplasten wel zuurstof maakten, maar geen CO
2, waaruit bleek dat de lichte en donkere reacties op verschillende plaatsen plaatsvonden. Dit leidde later tot de ontdekking van fotosysteem 1 en 2.
Verwante pagina's
Gerelateerde artikelen
Auteur
AlegsaOnline.com Lichtreacties van de fotosynthese: definitie, fotolyse, ATP en NADPH Leandro Alegsa
URL: https://nl.alegsaonline.com/art/57932
Bronnen
- books.google.com : Experiments Upon Vegetables
- doi.org : 10.1098/rstl.1772.0021
- doi.org : 10.1007/BF00454965
- doi.org : 10.1098/rspb.1939.0017