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Nelle reazioni fotosintetiche alla luce, la clorofilla assorbe i fotoni e utilizza l'energia per dividere l'acqua, rilasciando O₂ e fornendo elettroni che viaggiano attraverso la catena di trasporto degli elettroni per generare NADPH e ATP. Questi vettori energetici alimentano il ciclo di Calvin, in cui la CO₂ viene fissata nei carboidrati.
Le piante verdi fanno affidamento sulla clorofilla per catturare l'energia luminosa. Quando un fotone colpisce una molecola di clorofilla, uno dei suoi elettroni viene eccitato portandolo ad uno stato energetico più elevato. Questo elettrone energizzato viene trasferito all'accettore di elettroni primario, avviando la catena di trasporto degli elettroni che culmina nella riduzione di NADP⁺ a NADPH.
Per ricostituire l'elettrone perduto, la clorofilla ossida le molecole d'acqua in un processo noto come fotolisi. Ogni molecola d'acqua si divide in due atomi di ossigeno, che si combinano per formare il gas O₂ rilasciato nell'atmosfera, e due protoni (H⁺) più due elettroni. I protoni entrano nel lume tilacoide, creando un gradiente protonico che alimenta la sintesi di ATP tramite l'ATP sintasi.
Pertanto, l'acqua è l'unico donatore di elettroni nelle reazioni alla luce e la sua ossidazione fornisce sia gli elettroni necessari per la formazione del NADPH sia i protoni che guidano la produzione di ATP.
Con la generazione di NADPH e ATP, la pianta entra nel ciclo di Calvin, l'insieme di reazioni oscure che fissano la CO₂ atmosferica negli zuccheri. Il NADPH dona elettroni per ridurre il ribulosio‑1,5‑bifosfato (RuBP), mentre l'ATP fornisce l'energia per le fasi catalitiche. Il risultato netto è la sintesi di un carboidrato con la formula empirica CH₂O, più comunemente glucosio (C₆H₁₂O₆).
Sebbene il ciclo di Calvin proceda senza luce, è strettamente legato alle reazioni della luce perché dipende dai vettori energetici ivi prodotti. L'ossigeno rilasciato durante la fotolisi viene contemporaneamente assorbito dalla pianta per la respirazione cellulare, completando il ciclo energetico.
