Überblick

Das Fotosystem II ist ein Multiproteinkomplex, der in der Thylakoidmembran eingebettet ist und dort Lichtenergie aufnimmt. Chlorophyllmoleküle übertragen Energie auf ein bestimmtes Paar von Chlorophyll a Molekülen im Reaktionszentrum des Fotosystems II. Dort geben die Chlorophyll a Moleküle ein Elektron (Oxidation) ab und übertragen es auf einen primären Elektronenakzeptor. Die abgegebenen Elektronen gelangen dann durch die Elektronentransportkette in das Fotosystem I. Bei der Spaltung eines Wassermoleküls wird ein Sauerstoffatom, zwei Protonen (H⁺) und zwei Elektronen freigegeben. Die Elektronen ersetzen die abgegebenen Elektronen der Chlorophyll a Moleküle im Reaktionszentrum. Das Sauerstoffatom reagiert sofort mit einem anderen Sauerstoffatom und produziert O₂, welches in die Atmosphäre abgegeben wird. Die Protonen sammeln sich an der Thylakoidmembran und erzeugen einen Konzentrationsgradienten. Dieser Gradient treibt die ATP-Synthese in einem Prozess namens Chemiosmose an.

Lichtsammeln im Fotosystem II

Im Multiproteinkomplex Fotosystem II werden Photonen aufgenommen und Energie durch seine gebundenen Pigmente Chlorophyll a und b sowie Carotinoide übertragen. Carotinoide schützen das Pflanzengewebe in dem sie helfen große Mengen an aufgenommener Energie abzubauen, welche sonst das Pflanzengewebe beschädigen könnten.

Die Energie wird von Chlorophyllmolekül zu Chlorophyllmolekül übertragen, bis ein Paar spezialisierter Chlorophyll a-Moleküle erreicht wird. Diese befinden sich in einer Region, die als Reaktionszentrum bezeichnet wird. Dieses Reaktionszentrum ist auch als P680 bekannt, da es Licht mit einer Wellenlänge von 680 nm absorbiert. Diese Energie ist stark genug, um ein Elektron aus einem Chlorophyll a-Molekül zu spalten (Oxidation). Das freie Elektron überträgt sich auf einen primären Elektronenakzeptor. Das Elektron des Chlorophyll a im Reaktionszentrum wird durch eines von den zwei Elektronen ersetzt, die bei der Spaltung des Wassermoleküls freigesetzt werden.

Protonengradient und die Erzeugung von ATP

Die Spaltung von Wasser im Fotosystem II erzeugt auch ein Sauerstoffatom, das sich mit einem zweiten Sauerstoffatom verbindet. Das entstehende O₂ entweicht in die Atmosphäre. Durch die Reaktion entstehen auch zwei Protonen (H⁺), die sich ansammeln und dabei einen Konzentrationsgradienten erzeugen. Dieser Prozess betreibt die ATP-Synthase, ein spezialisierter, semipermeabler Proteinkanal. Der Prozess, bei dem die Protonen von der hohen Konzentration im Thylakoid durch den Kanal zu der geringeren Konzentrationsmenge im Stroma wandern, wird als Chemiosmose bezeichnet. Die Chemiosmose erzeugt Energie, die es ermöglicht, dass die ATP-Synthase, eine dritte Phosphatgruppe an ADP bindet und somit ein Energiemolekül ATP bilden kann.