Die Fotosynthese ist ein enorm komplexer Prozess aus vielen kleinen Arbeitsschritten und Kreisläufen von Haupt- und Nebenreaktionen. Sie lässt sich aber in zwei Hauptschritte unterteilen: die Lichtreaktion und die Dunkelreaktion.
Wasser spalten durch Licht
Der erste Hauptschritt ist die Lichtreaktion oder lichtabhängige Reaktion. Sie findet an der Thylakoid-Membran im Inneren der Chloroplasten statt. Dort bildet der Lichtsammelkomplex zusammen mit anderen Proteinen eine Art biologische Maschine, die als Photosystem II bezeichnet wird, oder kurz PS II. Diese Maschine greift sich Wassermoleküle und nutzt die Energie des Lichtsammelkomplexes, um sie zu spalten. Dabei produziert sie Sauerstoff-Moleküle, welche die Pflanze als „Abgas“ entlässt, sowie positiv geladene Wasserstoff-Ionen, also Protonen, die im Inneren des Thylakoids gesammelt werden.
Zudem werden bei der Wasserspaltung Elektronen frei, die sich in einem energetisch angeregten Zustand befinden. Ihre Energie nutzt die Pflanze, um weitere Reaktionen der Lichtreaktion in Gang zu setzen, die an anderen Orten auf der Thylakoid-Membran ablaufen. Über spezielle „Vehikel“ werden die Elektronen an die entsprechenden Stationen weitergereicht, wo sie jeweils ein bisschen von ihrer Energie abgeben.
Ein Generator zur Energiespeicherung
An einer Station pumpt die Pflanze beispielsweise mit Hilfe der Elektronen weitere Protonen ins Innere des Thylakoids. Zusammen mit den Protonen, die durch die Wasserspaltung am PS II entstanden sind, lädt sich der Innenraum des Thylakoids positiv auf, ähnlich wie der Pluspol einer Batterie. Dadurch baut sich eine Art Druck auf, der die Protonen nach außen streben lässt. Doch durch die Membran kommen sie nicht hindurch. Der einzige Ausweg für sie ist ein spezieller Tunnel: das Enzym ATP-Synthase.
