Işığa bağımlı reaksiyonlar, fotosentez sürecinin ilk aşamasıdır ve ışık enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürülmesini sağlar. Bu reaksiyonlar, ökaryot hücrelerde kloroplastın granalarında, prokaryot hücrelerde ise hücre zarı kıvrımlarında gerçekleşir. Işığa bağımlı reaksiyonların gerçekleşmesi için ışık, klorofil ve elektron taşıma sistemi (ETS) gibi bileşenler gereklidir. Işığa bağımlı reaksiyonların nasıl gerçekleştiğini şu şekilde açıklayabiliriz:
-
Işığa bağımlı reaksiyonlar, iki fotosistem adı verilen ışığı soğuran ve kimyasal enerjiye dönüştüren birim tarafından başlatılır: Fotosistem II (FS II) ve Fotosistem I (FS I). Her fotosistem, klorofil a molekülünü içeren bir reaksiyon merkezi ve bu merkezi çevreleyen ışık toplayıcı anten pigmentleri içerir.
-
FS II, 680 nm dalga boyundaki ışığı soğurarak elektronun enerji seviyesini yükseltir. Bu elektron, klorofilden ayrılır ve ilk elektron alıcısı tarafından yakalanır. Bu durumda klorofil yükseltgenmiş olur ve elektron açığı oluşur.
-
Klorofilin elektron açığını kapatmak için su molekülü fotoliz enzimi tarafından parçalanır. Bu olaya suyun fotolizi denir. Suyun fotolizi sonucunda iki elektron, iki proton (H+) ve bir oksijen atomu ortaya çıkar. Elektronlar klorofile verilir, protonlar tilakoit zarın boşluğuna pompalanır ve oksijen atomları birleşerek O2 molekülünü oluşturur.
-
FS II’den ilk elektron alıcıya geçmiş olan elektron, ETS elemanlarına aktarılır. ETS elemanları plastokinon (PQ), sitokrom b6f kompleksi (Cyt b6f) ve plastosiyanin (PC) gibi molekülerden oluşur. Elektronlar ETS elemanlarından geçerken enerji açığa çıkarır. Bu enerji, stromadan alınan protonların tilakoit zarın boşluğuna pompalanması için kullanılır.
-
ETS elemanlarından geçen elektronlar FS I’e ulaşır. FS I, 700 nm dalga boyundaki ışığı soğurarak elektronun enerji seviyesini yükseltir. Bu elektron, klorofilden ayrılır ve ikinci elektron alıcısı tarafından yakalanır. Bu durumda klorofil yükseltgenmiş olur ve elektron açığı oluşur.
-
Klorofilin elektron açığını kapatmak için ETS’den gelen elektronlar kullanılır. Böylece FS II’den gelen elektronlar FS I’e aktarılmış olur.
-
FS I’den ikinci elektron alıcıya geçmiş olan elektron, ferrodoksin (Fd) adlı ETS elemanına aktarılır. Ferrodoksin, NADP redüktaz enzimi ile işbirliği yaparak NADP+ molekülünün indirgenmesini sağlar. Bu sayede iki elektron ve stromadan alınan iki proton (H+) ile NADPH+H+ molekülü oluşur.
-
Işığa bağımlı reaksiyonlarda, tilakoit zarın boşluğuna pompalanan protonlar, zardaki ATP sentaz enzimini çalıştırır. ATP sentaz, ADP ve Pi moleküllerini birleştirerek ATP molekülünü sentezler. Bu olaya fotofosforilasyon denir.
Bu bilgilerden de anlaşılacağı gibi, ışığa bağımlı reaksiyonlar, ışık enerjisini ATP ve NADPH moleküllerine dönüştürerek depolar. Bu moleküller, ışıktan bağımsız reaksiyonlarda kullanılmak üzere stromaya taşınır. Ayrıca, ışığa bağımlı reaksiyonlar, suyun fotolizi sonucu oksijen üretir. Oksijen, fotosentezin yan ürünü olarak atmosfere verilir veya hücresel solunumda kullanılır.
