La fotosintesi è il processo mediante il quale alcuni batteri, alcuni protisti e tutte le piante sintetizzano cibo da luce solare, anidride carbonica e acqua. Questo processo è spesso suddivisa in due serie di reazioni chiamate reazioni dipendenti dalla luce e luce-indipendente. Reazioni luce-dipendenti trasformano energia luminosa in energia chimica utilizzabile immagazzinata nelle molecole di ATP (adenosina trifosfato) e NADPH (nicotinammide adenina dinucleotide fosfato). L'ossigeno è un sottoprodotto delle reazioni luce-dipendenti.
Produzione complessiva di reazioni luce-dipendenti
Lo scopo principale delle reazioni luce-dipendenti è quello di fornire l'energia per la fissazione del carbonio che si verifica nelle successive reazioni luce-indipendente. La fonte di questa energia è luce. Reazioni luce-dipendenti possono essere riassunta come trasformare 12 molecole di acqua, 12 NADP + e 18 fosfati in sei molecole di ossigeno + 12 NADPH + 18 ATP in presenza di luce.
Produzione dell'ossigeno
Reazioni dipendenti dalla luce di fotosintesi iniziano con un fotone di luce che colpisce i pigmenti nel fotosistema - una disposizione complessa di pigmenti che trasferisce l'energia ad un elettrone. Il pigmento centrale nel fotosistema è clorofilla, che trasferisce un elettrone eccitato ad una catena di trasporto degli elettroni successivi. Un magnesio complesso entro la clorofilla sostituisce l'elettrone perso dalle molecole di acqua. Quando le molecole di acqua sono spogliate di elettroni, questi formano protoni e ossigeno gas. Ogni quattro elettroni rimossi produce una molecola di ossigeno da due molecole di acqua. Ossigeno viene rilasciato come sottoprodotto.
Produzione di ATP
Dopo aver lasciato il fotosistema, l'elettrone eccitato viaggia attraverso una catena di trasporto degli elettroni che utilizza l'energia dell'elettrone di protoni di concentrarsi su un lato di una membrana, creando un gradiente protonico. I protoni scorrono giù loro pendenza attraverso canali nella membrana formata da un enzima chiamato ATP sintasi. Questo enzima utilizza il flusso di protoni per collegare un gruppo fosfato ad una molecola di ADP (adenosina difosfato) per formare ATP. ATP fornisce l'energia necessaria per le reazioni di luce-indipendente di fotosintesi, durante il quale l'anidride carbonica è fissato in molecole organiche.
Produzione di NADPH
La presenza di un secondo tipo di fotosistema permette organismi per svolgere ciclico o non ciclico fotofosforilazione. Nella fotofosforilazione ciclica, il fotosistema secondo ri-stimola l'elettrone e viene inviato indietro attraverso la catena di trasporto dell'elettrone per rendere più ATP. Nella fotofosforilazione non ciclico, l'elettrone ri-energizzato viene utilizzato per convertire NADP + a NADPH. NADPH è una molecola di vettore di energia necessaria assieme a ATP nelle reazioni luce-indipendente. Questo incrocio nel processo permette che le piante per rendere NADPH o effettuare ulteriori ATP come necessario o se insufficiente NADP + è disponibile.