Lichtreaktion
Die Lichtreaktion, auch Primärreaktion, ist derjenige Teil der Photosynthese, in dem die Energie der Sonne genutzt wird, um Reduktionsäquivalente (z. B. NADPH) und ATP (Adenosintriphosphat) zu erzeugen. Der Begriff findet im Speziellen Anwendung für die oxygene Photosynthese bei allen grünen Pflanzen, Algen und Cyanobakterien. Die bei der Lichtreaktion gewonnenen ATP- und NADPH-Moleküle finden dann Verwendung in der „Dunkelreaktion“, bei der Kohlenstoffdioxid (CO2) fixiert wird.
Bei der Lichtreaktion in der oxygenen Photosynthese wird die Energie der absorbierten Photonen genutzt, um Wasser (H2O) zu spalten. Zunächst wird Wasser gespalten, wobei Sauerstoff (O2) entsteht:
$ \mathrm {2\ H_{2}O+2\ NADP^{+}\xrightarrow {Lichtenergie} O_{2}+2\ NADPH/H^{+}} $
Die Lichtreaktion läuft über die Photosysteme der Pflanze, in denen Chlorophyllmoleküle des Reaktionszentrums durch Lichtabsorption auf ein höheres energetisches Niveau angehoben werden. In enger räumlicher Nähe zu den Photosystemen befinden sich Lichtsammelkomplexe, die das ebenfalls lichtabsorbierende Molekül Chlorophyll enthalten. Nach Anregung fällt das Chlorophyllmolekül unter Abgabe eines Elektrons in einen energieärmeren Zustand zurück. Dieses Elektron wird über eine Reihe von Elektronencarriern, die ebenfalls in der Thylakoidmembran lokalisiert sind, auf den finalen Akzeptor NADP+ übertragen. Während dieses Vorgangs werden gleichzeitig Protonen in das Lumen der Thylakoide transloziert. Durch den entstehenden Protonengradienten (elektrochemischer Gradient) wird das Enzym ATP-Synthase angetrieben, welches ATP bildet und regeneriert.
$ \mathrm {3\ ADP+3\ P_{i}\xrightarrow {ATP-Synthase} 3\ ATP+3\ H_{2}O} $
Die oben angegebene Zahl der entstehenden ATP-Moleküle von 3 ATP pro 2 H2O ergibt sich indirekt aus dem Energiebedarf des Calvin-Zyklus (Dunkelreaktion). Ob tatsächlich genau drei Moleküle ATP aus der Spaltung von zwei Molekülen Wasser gebildet werden, ist unbekannt.
In der Gesamtbilanz wird in der Lichtreaktion demnach ein Molekül Sauerstoff, zwei Moleküle NADPH und etwa drei Moleküle ATP aus zwei Molekülen Wasser generiert:
$ \mathrm {2\ NADP^{+}+3\ ADP+2\ H_{2}O+3\ P_{i}\xrightarrow {Lichtreaktion} O_{2}+2\ NADPH/H^{+}+3\ ATP+3\ H_{2}O} $
