Ogólne cechy powszechnie akceptowanego mechanizmu przenoszenia fotoelektronów, w którym dwie reakcje świetlne (reakcja świetlna I i reakcja świetlna II) zachodzą podczas przenoszenia elektronów z wody na dwutlenek węgla, zostały zaproponowane przez Roberta Hilla i Faya Bendalla w 1960 roku. Mechanizm ten oparty jest na względnym potencjale (w woltach) różnych kofaktorów łańcucha przeniesienia elektronów, które mają być utlenione lub zredukowane. Molekuły, które w formie utlenionej mają najsilniejsze powinowactwo do elektronów (tzn. są silnymi utleniaczami) mają niski potencjał względny. Z kolei cząsteczki, które w swojej utlenionej formie są trudne do zredukowania, mają wysoki potencjał względny, gdy już przyjmą elektrony. Cząsteczki o niskim potencjale względnym uważa się za silne utleniacze, a te o wysokim potencjale względnym za silne reduktory.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Na schematach opisujących etap reakcji świetlnej fotosyntezy, rzeczywiste etapy fotochemiczne są zwykle reprezentowane przez dwie pionowe strzałki. Strzałki te oznaczają, że specjalne pigmenty P680 i P700 otrzymują energię świetlną od zbierających światło cząsteczek chlorofilu i są podnoszone energetycznie z ich stanu podstawowego do stanu wzbudzonego. W stanie wzbudzonym pigmenty te są niezwykle silnymi reduktorami, które szybko przekazują elektrony do pierwszego akceptora. Te pierwsze akceptory również są silnymi reduktorami i szybko przekazują elektrony do bardziej stabilnych nośników. W reakcji świetlnej II, pierwszym akceptorem może być feofityna, która jest cząsteczką podobną do chlorofilu, która również posiada silny potencjał redukujący i szybko przenosi elektrony na następny akceptor. Następne w kolejności są specjalne chinony. Cząsteczki te są podobne do plastochinonu; odbierają elektrony od feofityny i przekazują je pośrednim nośnikom elektronów, do których należy pula plastochinonu oraz cytochromy b i f związane w kompleksie z białkiem żelazowo-siarkowym.
W reakcji świetlnej I elektrony są przekazywane białkom żelazowo-siarkowym w błonie blaszkowej, po czym elektrony przepływają do ferredoksyny, małego rozpuszczalnego w wodzie białka żelazowo-siarkowego. Gdy obecny jest NADP+ i odpowiedni enzym, dwie cząsteczki ferredoksyny, niosące po jednym elektronie, przenoszą dwa elektrony na NADP+, który odbiera proton (tj. jon wodorowy) i staje się NADPH.
Za każdym razem, gdy cząsteczka P680 lub P700 oddaje elektron, powraca do stanu podstawowego (niewzbudzonego), ale z ładunkiem dodatnim z powodu utraty elektronu. Te dodatnio naładowane jony są niezwykle silnymi utleniaczami, które usuwają elektron z odpowiedniego donora. P680+ z reakcji świetlnej II jest zdolny do pobierania elektronów z wody w obecności odpowiednich katalizatorów. Istniej± dobre dowody na to, że dwa lub więcej atomów manganu zwi±zanych z białkiem bierze udział w tej katalizie, odbieraj±c cztery elektrony od dwóch cz±steczek wody (z uwolnieniem czterech jonów wodorowych). Kompleks manganowo-białkowy oddaje te elektrony po jednym na raz przez niezidentyfikowany nośnik do P680+, redukując go do P680. Gdy mangan jest selektywnie usuwany przez obróbkę chemiczną, tylakoidy tracą zdolność utleniania wody, ale wszystkie inne części szlaku elektronowego pozostają nienaruszone.
W reakcji świetlnej I, P700+ odzyskuje elektrony z plastocyaniny, która z kolei otrzymuje je od nośników pośrednich, w tym puli plastochinonu oraz cząsteczek cytochromu b i cytochromu f. Pula nośników pośrednich może otrzymywać elektrony z wody poprzez reakcję świetlną II i chinony. Przenoszenie elektronów z wody do ferredoksyny poprzez dwie reakcje świetlne i nośniki pośrednie nazywane jest niecyklicznym przepływem elektronów. Alternatywnie, elektrony mogą być przenoszone tylko przez reakcję świetlną I, w którym to przypadku są one zawracane z ferredoksyny z powrotem do nośników pośrednich. Ten proces nazywany jest cyklicznym przepływem elektronów.