Hoofdstuk 19: Lichtreacties van Fotosynthese
De aarde ontvangt jaarlijks ongeveer 10⁴ kJ aan zonne-energie, wat gelijkstaat aan de
energie van 10⁹ orkanen. Slechts 1% van deze energie wordt door planten vastgelegd via
fotosynthese.
Overzicht
Fotosynthese vindt plaats in chloroplasten
Lichtabsorptie door chlorofyl veroorzaakt elektronentransfer
Twee fotosystemen genereren een protonengradiënt en NADPH
Protonengradiënt drijft ATP-synthese aan
Accessoire pigmenten verzamelen energie voor reactiekernen
Het vermogen om licht in chemische energie om te zetten is zeer oud
Fotosynthese
Fotosynthese gebruikt lichtenergie om elektromagnetische straling om te zetten in
chemische energie. Hoge-energie-elektronen worden gebruikt om een protonengradiënt
te genereren die ATP-synthese aandrijft. Daarnaast worden de elektronen ingezet voor
de vorming van NADPH, een biosynthetisch reducerend vermogen. Organismen die
fotosynthese uitvoeren, worden autotrofen genoemd. Organismen die alleen energie
halen uit chemische brandstoffen zijn heterotrofen.
Fotosynthese is het tegenovergestelde van celademhaling wat betreft chemische
reactanten en producten, hoewel in beide gevallen het genereren van hoogenergetische
elektronen een essentieel kenmerk is.
Reacties:
Lichtreacties: Direct aangedreven door zonlicht, resulterend in ATP, NADPH en zuurstof.
Donkerreacties: Gebruiken ATP en NADPH om glucose te synthetiseren uit CO₂ en H₂O.
Zonder fotosynthese zou het leven binnen 25 jaar uitsterven.
,De lichtreacties van
fotosynthese
- Fotosysteem I genereert reductiekracht in de vorm van NADPH, maar komt
tijdens dit proces elektronen tekort.
- Fotosysteem II oxideert water en draagt de elektronen over om de elektronen aan
te vullen die verloren zijn gegaan door fotosysteem I. Een nevenproduct van deze
reacties is O2.
- De elektronenstroom van fotosysteem II naar fotosysteem I creëert een
protonengradiënt over het chloroplastbinnenmembraan, versterkt door de
protonen die vrijkomen bij de oxidatie van water. Dit drijft de synthese van ATP
aan.
Locatie: Chloroplasten
Chloroplasten zijn dubbelmembraanorganellen:
- Binnenmembraan: Omringt het stroma waar de donkerreacties plaatsvinden.
- Thylakoïdmembraan: Hier vinden de lichtreacties plaats. Het bevat
lichtvangende eiwitten, reactiekernen, elektronentransportketens en ATP-
synthase.
- Endosymbiotische oorsprong: Chloroplasten stammen af van cyanobacteriën die
door eukaryote cellen zijn opgenomen.
Lichtabsorptie door Chlorofyl
Fotosynthese begint met lichtabsorptie door een fotoreceptor, voornamelijk chlorofyl a.
Chlorofyl heeft een netwerk van geconjugeerde dubbele bindingen, waardoor het
effectief licht absorbeert.
- Foto-excitatie: Een elektron wordt naar een hoger energieniveau gebracht.
, - Elektronentransfer: Het geëxciteerde elektron kan worden overgedragen naar een
nabijgelegen molecuul, wat leidt tot fotogeleide
ladingscheiding.
- Speciale paren van chlorofylmoleculen, zoals in
fotosystemen, initiëren deze processen.
- Lichtabsorptie is afhankelijk van twee fotosynthetische
pigmenten - bacteriochlorofyl b (BChl-b) en
bacteriopheofytine (BPh).
Elektronenketen in het fotosynthetische bacteriële
reactiecentrum
1. Het reactiecentrum (P960) absorbeert een foton en komt in de aangeslagen
toestand.
2. P960 geeft een elektron door aan BPh, vormt BPh- en creëert een
fotogeïnduceerde ladingscheiding.
3. BPh- draagt het elektron over aan QA, waarbij QA- wordt gevormd.
4. P960 absorbeert nog een elektron van cytochroom c2.
5. QA- doneert een elektron aan QB, dat een proton bindt.
6. Stappen 1-5 vinden opnieuw plaats, waarbij volledig gereduceerd QB (QH2)B
ontstaat.
7. Gereduceerd QB gaat naar de Q pool van het membraan.
Elektronen van QH2 worden teruggestuurd naar cytochroom c2 door het
cytochroom bc1 complex.
Cytochroom bc1 complex is een protonpomp die een protonengradiënt genereert
terwijl het elektronen doorgeeft aan cytochroom c2
Van cyanobacterien tot planten
, Twee fotosystemen genereren een protonengradiënt en NADPH in zuurstofrijke
fotosynthese
- Fotosynthese in groene
planten bestaat uit twee fotosystemen.
- Fotosysteem I genereert biosynthetisch reducerend vermogen in de vorm van
NADPH.
- Fotosysteem II vult de elektronen van fotosysteem I aan terwijl het een
protonengradiënt genereert die wordt gebruikt om ATP te synthetiseren.
- De ontbrekende elektronen in fotosysteem II worden vervangen door fotolyse van
water.
Fotosysteem II draagt elektronen over van water naar plastochinon en genereert
een protonengradiënt (1/3)
- Het reactiecentrum in fotosysteem II heet P680.
- Opgewekt P680 (P680*) brengt elektronen van water over naar fotosysteem I in
een elektronentransportketen die bestaat uit feofytine, een chlorofyl met
protonen die magnesium vervangen, plastochinon (Q), dat lijkt op ubiquinon, en
het cytochroom bf complex.
- P680, het reactiecentrum voor fotosysteem II, wordt gebonden door de D1- en
D2-subeenheden van het fotosysteem.
- Bij excitatie van P680 stromen elektronen naar feofytine en vervolgens naar
plastochinon. Tenslotte stromen ze om plastochinon (Q) te reduceren.
- P680+ onttrekt elektronen aan water dat gebonden is aan het mangaancentrum
om de redoxbalans in stand te houden.
De aarde ontvangt jaarlijks ongeveer 10⁴ kJ aan zonne-energie, wat gelijkstaat aan de
energie van 10⁹ orkanen. Slechts 1% van deze energie wordt door planten vastgelegd via
fotosynthese.
Overzicht
Fotosynthese vindt plaats in chloroplasten
Lichtabsorptie door chlorofyl veroorzaakt elektronentransfer
Twee fotosystemen genereren een protonengradiënt en NADPH
Protonengradiënt drijft ATP-synthese aan
Accessoire pigmenten verzamelen energie voor reactiekernen
Het vermogen om licht in chemische energie om te zetten is zeer oud
Fotosynthese
Fotosynthese gebruikt lichtenergie om elektromagnetische straling om te zetten in
chemische energie. Hoge-energie-elektronen worden gebruikt om een protonengradiënt
te genereren die ATP-synthese aandrijft. Daarnaast worden de elektronen ingezet voor
de vorming van NADPH, een biosynthetisch reducerend vermogen. Organismen die
fotosynthese uitvoeren, worden autotrofen genoemd. Organismen die alleen energie
halen uit chemische brandstoffen zijn heterotrofen.
Fotosynthese is het tegenovergestelde van celademhaling wat betreft chemische
reactanten en producten, hoewel in beide gevallen het genereren van hoogenergetische
elektronen een essentieel kenmerk is.
Reacties:
Lichtreacties: Direct aangedreven door zonlicht, resulterend in ATP, NADPH en zuurstof.
Donkerreacties: Gebruiken ATP en NADPH om glucose te synthetiseren uit CO₂ en H₂O.
Zonder fotosynthese zou het leven binnen 25 jaar uitsterven.
,De lichtreacties van
fotosynthese
- Fotosysteem I genereert reductiekracht in de vorm van NADPH, maar komt
tijdens dit proces elektronen tekort.
- Fotosysteem II oxideert water en draagt de elektronen over om de elektronen aan
te vullen die verloren zijn gegaan door fotosysteem I. Een nevenproduct van deze
reacties is O2.
- De elektronenstroom van fotosysteem II naar fotosysteem I creëert een
protonengradiënt over het chloroplastbinnenmembraan, versterkt door de
protonen die vrijkomen bij de oxidatie van water. Dit drijft de synthese van ATP
aan.
Locatie: Chloroplasten
Chloroplasten zijn dubbelmembraanorganellen:
- Binnenmembraan: Omringt het stroma waar de donkerreacties plaatsvinden.
- Thylakoïdmembraan: Hier vinden de lichtreacties plaats. Het bevat
lichtvangende eiwitten, reactiekernen, elektronentransportketens en ATP-
synthase.
- Endosymbiotische oorsprong: Chloroplasten stammen af van cyanobacteriën die
door eukaryote cellen zijn opgenomen.
Lichtabsorptie door Chlorofyl
Fotosynthese begint met lichtabsorptie door een fotoreceptor, voornamelijk chlorofyl a.
Chlorofyl heeft een netwerk van geconjugeerde dubbele bindingen, waardoor het
effectief licht absorbeert.
- Foto-excitatie: Een elektron wordt naar een hoger energieniveau gebracht.
, - Elektronentransfer: Het geëxciteerde elektron kan worden overgedragen naar een
nabijgelegen molecuul, wat leidt tot fotogeleide
ladingscheiding.
- Speciale paren van chlorofylmoleculen, zoals in
fotosystemen, initiëren deze processen.
- Lichtabsorptie is afhankelijk van twee fotosynthetische
pigmenten - bacteriochlorofyl b (BChl-b) en
bacteriopheofytine (BPh).
Elektronenketen in het fotosynthetische bacteriële
reactiecentrum
1. Het reactiecentrum (P960) absorbeert een foton en komt in de aangeslagen
toestand.
2. P960 geeft een elektron door aan BPh, vormt BPh- en creëert een
fotogeïnduceerde ladingscheiding.
3. BPh- draagt het elektron over aan QA, waarbij QA- wordt gevormd.
4. P960 absorbeert nog een elektron van cytochroom c2.
5. QA- doneert een elektron aan QB, dat een proton bindt.
6. Stappen 1-5 vinden opnieuw plaats, waarbij volledig gereduceerd QB (QH2)B
ontstaat.
7. Gereduceerd QB gaat naar de Q pool van het membraan.
Elektronen van QH2 worden teruggestuurd naar cytochroom c2 door het
cytochroom bc1 complex.
Cytochroom bc1 complex is een protonpomp die een protonengradiënt genereert
terwijl het elektronen doorgeeft aan cytochroom c2
Van cyanobacterien tot planten
, Twee fotosystemen genereren een protonengradiënt en NADPH in zuurstofrijke
fotosynthese
- Fotosynthese in groene
planten bestaat uit twee fotosystemen.
- Fotosysteem I genereert biosynthetisch reducerend vermogen in de vorm van
NADPH.
- Fotosysteem II vult de elektronen van fotosysteem I aan terwijl het een
protonengradiënt genereert die wordt gebruikt om ATP te synthetiseren.
- De ontbrekende elektronen in fotosysteem II worden vervangen door fotolyse van
water.
Fotosysteem II draagt elektronen over van water naar plastochinon en genereert
een protonengradiënt (1/3)
- Het reactiecentrum in fotosysteem II heet P680.
- Opgewekt P680 (P680*) brengt elektronen van water over naar fotosysteem I in
een elektronentransportketen die bestaat uit feofytine, een chlorofyl met
protonen die magnesium vervangen, plastochinon (Q), dat lijkt op ubiquinon, en
het cytochroom bf complex.
- P680, het reactiecentrum voor fotosysteem II, wordt gebonden door de D1- en
D2-subeenheden van het fotosysteem.
- Bij excitatie van P680 stromen elektronen naar feofytine en vervolgens naar
plastochinon. Tenslotte stromen ze om plastochinon (Q) te reduceren.
- P680+ onttrekt elektronen aan water dat gebonden is aan het mangaancentrum
om de redoxbalans in stand te houden.
