Fotosyntes är processen där växter, alger och vissa bakterier och protister tillverkar mat från solljus och koldioxid. En tredje viktig ingrediens i denna process är vatten. Elektroner avlägsnas från vattenmolekylen som bryter vattenmolekylen från varandra. Protonerna (väteatomer utan elektronerna) sättes till en protongradient som sedan används för att generera energimolekylen ATP. Syreatomen från en vattenmolekyl kombineras med en annan syreatom från en annan vattenmolekyl och släpps ut som diatomiskt syre (O2).

Photosynthesis

Processen för fotosyntes kan delas in i två steg. Den första etappen av fotosyntes, som ofta kallas ljusreaktioner eftersom de är beroende av ljus, alstrar energi för det senare skedet av fotosyntes. Den andra etappen av fotosyntes kallas ofta de mörka reaktionerna och använder den energi som skördas i ljusreaktionerna för att fixa koldioxid i sockermolekyler.

Kloroplaster

Fotosyntes i växter sker i specialiserade strukturer kallade kloroplaster. Inom kloroplasterna är staplade membran som kallas thylakoidmembran. Thylakoidmembranarna innesluter små utrymmen som tillåter protoner att koncentreras på ena sidan av membranet. Dessa protoner packas in i utrymmet genom sönderdelning av vattenmolekyler och genom enzymer som använder elektronerna som släpps ut från fotosystemet för att lägga till protongradienten. Denna protongradient kan sedan användas för att generera kemisk energi.

Photosystems

Photosystems inbäddade i membranhuspigmenten som tar upp energi och energierar elektroner. När elektronerna är energiska överförs de till membranmolekyler som skapar protongradienten. Protonerna flyter sedan tillbaka över membranet genom ett enzym som heter ATP-syntas som genererar ATP, en energimolekyl.

Klorofyll

Hjärtat i fotosystemet är pigmentet klorofyll. Medan andra pigment som karotenoider och xantofyller är närvarande i fotosystemet, är det klorofyll som ger den elektron som aktiveras med ljusenergin. Eftersom klorofyll frigör elektronen för att producera protongradienten ersätts elektronen med klorofyllens joncentrum. Klorofyllens joncentrum binder till vatten och tar bort elektronerna från vattenmolekylen.

Klorofyll-ljusprocess

När ljuset når klorofyll släpps en elektron och byts ut. Fyra elektroner aktiveras och frigörs för att bilda en syremolekyl från två vattenmolekyler. De återstående vätejonerna (protoner) släpps ut i byggnadens protongradient medan syreatomerna från de två molekylerna kombinerar för att bilda diatomiskt syre och frigöras från fotosystemet. Det är viktigt att notera att det är detta första steg i fotosyntes där vatten förbrukas och syre är utsläppt och denna process kräver att ljuset är närvarande.