Zyklischer Elektronentransport
Der zyklische Elektronentransport gehört neben der Fotolyse des Wassers, der Elektronentransportkette und anderen Reaktionsschritten zur Lichtreaktion der Fotosynthese bei Pflanzen. Diese läuft in den Chloroplasten der grünen Pflanzen ab und ermöglicht es der Pflanze, mithilfe von Lichtenergie aus den einfachen Molekülen des Kohlenstoffdioxids und des Wassers energiereiche Glucose aufzubauen. Dabei fällt, quasi als „Abfallprodukt“, Sauerstoff an. Die durch die Strahlungsenergie des Sonnenlichts angeregten Elektronen werden dabei über eine Kette von Stoffen übertragen und entweder chemisch gebunden und in der anschließenden Dunkelreaktion für die Herstellung energiereicher Glucose verbraucht oder über mehrere Komplexe zum Chlorophyllmolekül zurückgeführt. Ein Elektron des Chlorophyllmoleküls im Fotosystems I (P 700) wird dabei auf ein höheres Energieniveau gehoben und langsam unter Passieren mehrerer Molekülkomplexe in das Ausgangsniveau zurückversetzt. Bei Ankunft am ursprünglichen Chlorophyllmolekül ist ATP entstanden. Da das Elektron sich in einem Kreislauf bewegt, wird der Vorgang als zyklischer Elektronentransport bezeichnet.
Die Lichtenergie der Sonnenstrahlen wird von speziellen Antennenpigmenten des Fotosystems I in der Thylakoidmembran der Chloroplasten absorbiert. Die Pigmente sind um ein Reaktionszentrum gruppiert, das auch als Lichtsammelkomplex bezeichnet wird. Alle Fotosynthesepigmente (Carotinoide, Chlorophyll a, b, c) verfügen über charakteristische Absorptionsspektren, Hauptpigment der grünen Pflanzen ist das Chlorophyll a-Molekül.
Jedes Antennenpigment besitzt ein Elektronensystem, in dem die Elektronen den Übergang vom Grundzustand in einen angeregten Zustand durch die Aufnahme von Lichtquanten vollziehen. Die Organisation der Pigmente ermöglicht die Übertragung des Anregungszustands auf ein benachbartes Pigment des Lichtsammelkomplexes. Dieser Prozess wird so lange fortgesetzt, bis die Anregungsenergie beim Reaktionszentrum mit dem längstwelligen Absorptionsmaximum ankommt (Chlorophyll a). Dort wird die aufgenommene Lichtenergie vieler Pigmente gesammelt.
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Chlorophylle a und b
Das aktive Chlorophyll a des Reaktionszentrums löst daraufhin die Elektronentransportkette aus:
Ein angeregtes Elektron wird freigesetzt und von einem Akzeptor aufgefangen. Zum einen können die Elektronen über Ferredoxin auf das Coenzym übertragen werden und so zusammen mit den Protonen aus der Fotolyse des Wassers die Bildung von (Reduktionsmittel) bewirken. Der Akzeptor wird dabei reduziert, indem er die Wasserstoff-Ionen aus der Fotolyse aufnimmt. Im Molekül hinterlassen diese Elektronen somit ein „Loch“. Dieses Loch kann von anderen freien Elektronen im Fotosystem II wieder aufgefüllt werden (nichtzyklischer Elektronentransport).
Die andere Möglichkeit ist, dass die Elektronen über Ferredoxin, den Cytochrom-Komplex und Plastocyanin an das Reaktionszentrum P 700 wieder zurückkehren und so die entstandene Elektronenlücke selbst wieder auffüllen. Dieser Weg, bei dem die Elektronen wieder an ihren Ursprungsort zurückkehren, wird als zyklischer Elektronentransport beschrieben. Da bei dieser Reaktion nur das Fotosystem I beteiligt ist, findet in dem Zusammenhang keine Fotolyse des Wassers und weder eine Sauerstoffbildung noch NADPH + H+-Bildung statt. Das einzige Produkt, das entsteht, ist Adenosintriphosphat (ATP) aus ADP + Phosphat.
Diese Form der ATP-Bildung wird auch als zyklische Fotophosphorylierung bezeichnet, weil mithilfe von Licht/Photonen ADP zu ATP phosphoryliert wird.
Der Calvin-Zyklus verbraucht mehr ATP als NADPH + H+, im nichtzyklischen Prozess werden jedoch gleiche Mengen an beidem gebildet, sodass ein ATP-Defizit entsteht, das durch den zyklischen Prozess ausgeglichen wird. Diese zusätzliche ATP-Bildung wird vermutlich durch eine genügend hohe NADPH + H+-Konzentration im Chloroplasten angeregt.
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Zyklischer Elektronentransport
