Das Redoxpotenzial des "normalen" P680 liegt im positiven Bereich bei +1,27 Volt. Leitet nun der Lichtsammelkomplex Energie zum Reaktionszentrum P680, so nimmt das Redoxpotenzial des aktivierten P680* einen ziemlich hohen (negativen) Wert an.
Redoxpotenziale der an der P680-Aktivierung beteiligten Komponenten
Das Redoxpotenzial von P680 liegt im positiven Bereich bei +1,27 Volt. Das Redoxpotenzial vom Wasser ist nicht ganz so positiv, es liegt bei +0,7 Volt. Wasser kann daher Elektronen leicht an das P680 abgeben. In dem Schema befinden sich das Wasser "oberhalb" des P680, daher können die Elektronen vom Wasser zum P680 "bergab" fließen.
Allerdings erfolgt dieser Elektronentransfer nicht in einem Schritt, sondern es sind zwei Redoxsysteme dazwischen geschaltet, das Mangan-Protein und der Faktor Z (die genauen Bezeichnungen sind fast in jedem Buch anders).
Warum steigt nun das Redoxpotenzial vom P680 nach Absorption von Lichtenergie?
Das Reaktionszentrum P680 erhält ja die Energie, die irgendeines der vielen Antennenpigmente absorbiert hat. Durch Aufnahme dieser Energie wird das P680 angeregt. Was heißt das eigentlich? Um dies zu verstehen, müssen wir wieder etwas tiefer die chemisch-physikalischen Vorgänge betrachten, die dabei ablaufen.
Anregung eines Atoms durch Lichtenergie
Hier sehen wir ein Wasserstoff-Atom mit einem Elektron auf der inneren Schale, der K-Schale. Das Elektron befindet sich auf einem niedrigen Energieniveau.
Durch Absorption von Lichtenergie kann dieses Elektron auf ein höheres Energieniveau gehoben werden. Die Energie des Elektrons reicht jetzt aus, damit es sich auf der nächst äußeren Schale, der L-Schale, bewegen kann.
Anregung eines Moleküls durch Lichtenergie
Ähnlich ist es beim Chlorophyll-Molekül, nur dass wir hier viel mehr Elektronen haben als beim Wasserstoff-Atom. Aber auch hier werden Elektronen durch die Absorption von Licht vom Grundzustand G auf ein höheres Energieniveau gebracht. Wird energiearmes rotes Licht absorbiert, so gelangen Elektronen auf das nächst höhere Niveau 1. Durch Absorption von energiereichem blauen Licht können Elektronen sogar ein Energieniveau überspringen und schaffen es auf das übernächste Niveau 2.
Das ist übrigens auch der Grund dafür, dass Chlorophyll zwei Absorptionsmaxima hat, nämlich eines im roten Bereich, und eines im blauen Bereich.
Kommen wir noch einmal auf die wichtige Frage von eben zurück:
Wieso steigt das Redoxpotenzial von Chlorophyll, wenn rotes oder blaues Licht absorbiert wurde?
Nach der Absorption von rotem oder blauem Licht befinden sich bestimmte Elektronen des Chlorophylls auf einem höheren Energieniveau. Dort sind sie von den Atomkernen des Moleküls weiter entfernt. Das heißt, die Anziehungskraft zwischen den Atomkernen und den Elektronen ist schwächer geworden. Die Elektronen können also leichter abgespalten werden.
Für Experten:
Wenn Sie sich noch weiter in dieses Thema einarbeiten wollen, gehen Sie am besten auf meine Chemie-Seiten zum Thema "Absorption bei Molekülen". Hier werden allerdings Grundkenntnisse des Orbitalmodells vorausgesetzt.
Der Begriff "Redoxpotenzial" umschreibt genau diese "Leichtigkeit der Elektronenabgabe". Je leichter ein Atom, ein Ion oder ein Molekül Elektronen abgibt, desto negativer ist das Redoxpotenzial dieses Teilchens bzw. des Stoffes.
Ein Chlorophyll-Molekül, das durch Licht angeregt wurde, hat angeregte Elektronen, die leicht abgegeben werden können. Das Redoxpotenzial des angeregten Chlorophylls ist daher deutlich negativer als das Redoxpotenzial des nicht angeregten Chlorophylls im Grundzustand.