9/13/2015

1

PHOTOSYNTHESIS:THE LIGHT REACTIONS

ECOSYSTEM

Photosynthesis

Organicmolecules

Cellularrespiration inmitochondria

CO2 + H2O + O2

9/13/2015

2

PHOTOAUTOTROPHSThe producers of the biosphere

AUTOTROPH means

“self feeder”

20% of the world’s oxygen is produced 

in rain forests

PHOTOAUTOTROPHSNot just plants!

Giant kelp (a eukaryote) can grow up 

to 2ft each day

Marine alga produce 70‐80% of the world’s oxygen

9/13/2015

3

PHOTOAUTOTROPHSNot just plants and protists

Cyanobacteria are single celled prokaryotes that are 

also photoautotrophs

CHLOROPLASTSUse sunlight to convert water and CO2 to glucose

Collection of enzymes and pigments

Prokaryotes (like cyanobacteria) have similar parts that are NOTbound by membranes.

9/13/2015

4

LEAVESAre made of millions of plant cells filled with chloroplasts

Leaves have many stoma (stomata = singlular) which means “mouth”

Stoma allow CO2 to enter the leaf and O2 to exit

MESOPHYLL CELLSEach contain 30 – 40 chloroplasts. Important for photosynthesis!

Leaf Cross Section

Leaf

Vein transports materials through plant

Mesophyll Cell

CO2O2

Stoma

Chloroplast

9/13/2015

5

MESOPHYLL CELLSPlant cells that contain 30‐40 chloroplasts

Mesophyll Cell

Chloroplast

Inner and outermembranes

CHLOROPLASTSPhotosynthetic machinery covered by an inner and outer membrane

Note: prokaryotes can have similar structures but they are NOT bound by membranes

9/13/2015

6

CHLOROPLASTSPhotosynthetic machinery covered by an inner and outer membrane

Chloroplast

Granum

Thylakoid

Thylakoid spaceStroma

THYLAKOIDS:membrane that forms interconnected sacs where light energy is converted to chemical energy

THYLAKOID SPACE:Space on the inside of the thylakoid membranes where H+ ions are pumped to create a gradient

Lightenergy

Carbon dioxide Water

Photosynthesis

Sugar 6 O26 CO2 6 H2O

PHOTOSYNTHESISUse light energy to convert CO2 and water to sugar and O2

Another REDOX process! Yay! Our FAVORITE!

Thylakoid

Thylakoid space

9/13/2015

7

SOLAR ENERGYSolar energy is a type of electromagnetic energy (radiation) from the sun

PIGMENTS HARVEST SOLAR ENERGYPigments are molecules that absorb light

9/13/2015

8

PIGMENTS IN CHLOROPHLASTSChlorophyll a, chlorophyll b, carotenoids

PIGMENTS ABSORB LIGHT ENERGYEnergy from the sun “excites” electrons in pigments and increases their potential energy

Excited state

HeatPhotonof light

Chlorophyllmolecule

Ground state

Photon(fluorescence)

9/13/2015

9

Light

STROMAPrimary electronacceptor

THYLAKOIDSPACE Transfer

of energyPair of

chlorophyll amolecules

Pigmentmolecules

Th

ylak

oid

mem

bra

ne

PHOTOSYSTEM II

Pigments are organized into photosystems that capture and convert solar energy

PHOTOSYSTEM IIIn the thylakoid membrane of a chloroplast of a mesophyll plant cell and we are passing energy from pigment to pigment

Light

THYLAKOIDSPACE

Th

ylak

oid

m

emb

ran

e

An electron is transferred at the end of the energy chain

9/13/2015

10

Light

H2O½ o2 + 2H+

Electrontransport chain

H+

H+

H+H+

Photosystem II

PHOTOSYSTEM IIUse light energy to transport electrons from water molecules

PHOTOSYSTEM IExcite electrons further, reduce NADP+ to NADPH

Electron transport chain

NADP+NADPH

H+

H+

H+

H+H+

H+

H+

H+

Light

H+

H+

H+

H+

9/13/2015

11

Light

PhotosystemII

H2OO2 + 2 H+1

21

Electrontransport chain

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

LightPhotosystem

I

H+

H+H+

H+

H+NADP+

NADPH

To CalvinCycle

H+

H+

THYLAKOID SPACE

STROMA

Thylakoid membrane

H+

ATP synthase

H+

H+

H+

H+

H+

H+H+

H+

H+ H+

H+

P ATPADP +

THE LIGHT REACTIONSTale place on the membrane of the thylakoid

PHOTOSYSTEM II• Electrons are excited and transferred to transport chain using light 

energy• Enzymes split water, replenish electrons and build a H+ gradient• Oxygen is formed and released

PHOTOSYSTEM II• Electrons are excited and transferred to NADP+ using light energy• NADP+ is reduced to NADPH for use in the Calvin Cycle• ATP synthase converts ADP + P used in the Calvin Cycle to ATP to be 

used again by the Calvin Cycle

9/13/2015

12

Light

PhotosystemII

H2OO2 + 2 H+1

21

Electrontransport chain

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

LightPhotosystem

I

H+

H+H+

H+

H+NADP+

NADPH

To CalvinCycle

H+

H+

THYLAKOID SPACE

STROMA

Thylakoid membrane

H+

ATP synthase

H+

H+

H+

H+

H+

H+H+

H+

H+ H+

H+

P ATPADP +

REQUIRED VIDEOSThis core concepts of this material is fair game for our next check‐in

“The simple story of photosynthesis and food”See link on the course website