Effetti della luce sull'ossidazione della clorofilla
La clorofilla è il pigmento verde delle piante, contenuto nei cloroplasti ed essenziale per la fotosintesi. Esistono due forme: clorofilla-a e clorofilla-b. Affinché la fotosintesi avvenga, è necessaria energia per rimuovere atomi di idrogeno dall'acqua, avviando la prima fase di un processo a due stadi. Questa energia proviene dalla luce e il processo implica l'eccitazione della clorofilla per mezzo dell'energia luminosa.
Struttura del cloroplasto
La reazione luce-dipendente della prima fase della fotosintesi avviene sulla membrana tilacoide all'interno del cloroplasto. Questa membrana contiene quattro complessi proteici integrali di membrana che catalizzano le reazioni luminose: Fotosistema I, Fotosistema II, complesso citocromo b6f e ATP sintasi. I due fotosistemi contengono clorofilla e altri pigmenti assorbenti la luce, utilizzati per catturare l'energia luminosa per la fotosintesi.
Catena di trasporto degli elettroni
Le reazioni luce-dipendenti iniziano nel Fotosistema II quando una molecola di clorofilla-a assorbe un fotone. Ciò eccita un elettrone, rendendolo instabile e facilmente trasferibile alla molecola successiva, innescando una catena di reazioni redox chiamata catena di trasporto degli elettroni (ETC). Il flusso elettronico va dal Fotosistema II al citocromo b6f, poi al Fotosistema I, dove l'elettrone riceve energia da un altro fotone prima di passare all'accettore finale NADP.
Fotofosforilazione
La fotofosforilazione è il processo mediante il quale l'ATP ricco di energia viene formato dal citocromo b6f e dall'ATP sintasi. Esistono due varianti: la fotofosforilazione non ciclica, che usa l'energia degli elettroni provenienti dal Fotosistema II per pompare protoni dallo stroma al lume, creando una forza proton-motrice usata dall'ATP-sintasi per formare ATP; e la fotofosforilazione ciclica, che usa elettroni da entrambi i fotosistemi per produrre più molecole di ATP.
Fotosistemi
I due fotosistemi sono molto simili in struttura e funzione. Contengono entrambi molecole di clorofilla-a e clorofilla-b, oltre ad altri pigmenti. Possiedono proteine speciali chiamate complessi antenna (LHC-proteine), molto efficienti nell'assorbire fotoni, che vengono poi assorbiti dalla clorofilla al centro di reazione fotosintetica. La clorofilla assorbe solo in uno spettro ristretto; i complessi antenna ampliano lo spettro di assorbimento, permettendo di catturare abbastanza luce per la fotosintesi. Questi complessi contengono pigmenti come clorofilla, caroteni e xantofille.