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Durch Lichtabsorption des Fotosystems II gelangen angeregte Elektronen vom Reaktionszentrum (Chlorophyll a-Molekül: P 680) auf ein höheres Energieniveau und werden an einen Akzeptor abgegeben. Die dadurch entstandene Elektronenlücke im Reaktionszentrum wird durch die bei der lichtabhängigen Wasserzersetzung (Fotolyse des Wassers) entstehenden Elektronen wieder aufgefüllt. Zusätzlich entstehen bei dieser Reaktion noch Protonen (Reduktion des Coenzyms ${\text{NADP}}^{\text{+}}$) und Sauerstoff als Abfallprodukt.

Die Fotophosphorylierung beschreibt die Bildung von Adenosintriphosphat (ATP) durch die Anlagerung einer Phosphatgruppe an Adenosindiphosphat (ADP) unter dem Einfluss von Lichtenergie. Der ablaufende Mechanismus der ATP-Bildung im Chloroplasten und die ATP-Bildung im Mitochondrium während der Endoxidation bei der Zellatmung sind grundlegend gleich und werden als Chemiosmose bezeichnet. Es entsteht im Laufe der Lichtreaktionen ein Konzentrationsunterschied an Protonen zwischen Thylakoidinnenraum und Stroma, in dessen Endergebnis durch den angestrebten Konzentrationsausgleich enzymatisch ATP gebildet wird. Je nach Weg der Elektronen bei den lichtabhängigen Reaktionen unterscheidet man zwischen nichtzyklischer und zyklischer Fotophosphorylierung.