لماذا الماء مهم لعملية التمثيل الضوئي؟

التمثيل الضوئي هو مسار كيميائي حيوي مهم يتضمن إنتاج السكر (الجلوكوز) من الضوء والماء وثاني أكسيد الكربون وإطلاق الأكسجين. إنها سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية المعقدة وتحدث في النباتات العليا والطحالب وبعض البكتيريا وبعض الكائنات الضوئية. تعتمد كل حياة تقريبًا على هذه العملية. يرتبط معدل التمثيل الضوئي بتركيز ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحرارة وشدة الضوء. يحصل على الطاقة من الفوتونات الممتصة ويستخدم الماء كعامل اختزال.

مع ظهور الحياة على الأرض ، بدأت عملية التمثيل الضوئي. نظرًا لأن تركيز الأكسجين كان ضئيلًا ، فقد تم إجراء أول عملية التمثيل الضوئي باستخدام كبريتيد الهيدروجين والحمض العضوي في مياه البحر. ومع ذلك ، فإن مستوى هذه المواد لم يكن كافيًا لمواصلة التمثيل الضوئي لفترة طويلة ، وبالتالي تطورت عملية التمثيل الضوئي باستخدام الماء. أدى هذا النوع من التمثيل الضوئي باستخدام الماء إلى تحرير الأكسجين. وبالتالي ، بدأ تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي في الزيادة. جعلت هذه الدورة التي لا نهاية لها الأرض غنية بالأكسجين الذي يمكن أن يدعم النظام البيئي المعتمد على الأكسجين.

على المستوى الأساسي ، يوفر الماء إلكترونات لتحل محل تلك التي تمت إزالتها من الكلوروفيل في النظام الضوئي الثاني. أيضًا ، ينتج الماء الأكسجين وكذلك يقلل NADP إلى NADPH (مطلوب في دورة كالفين) عن طريق تحرير أيونات H +.

أثناء عملية التمثيل الضوئي ، تتفاعل ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون وستة جزيئات من الماء في وجود ضوء الشمس لتكوين جزيء جلوكوز واحد وستة جزيئات من الأكسجين. يتمثل دور الماء في إطلاق الأكسجين (O) من جزيء الماء إلى الغلاف الجوي على شكل غاز أكسجين (O2).

يلعب الماء أيضًا دورًا مهمًا آخر لكونه مغذيًا للإلكترون. في عملية التمثيل الضوئي ، يوفر الماء الإلكترون الذي يربط ذرة الهيدروجين (لجزيء الماء) بالكربون (ثاني أكسيد الكربون) لإعطاء السكر (الجلوكوز).

يعمل الماء كعامل اختزال من خلال توفير أيونات H + التي تحول NADP إلى NADPH. نظرًا لأن NADPH هو عامل اختزال مهم موجود في البلاستيدات الخضراء ، فإن إنتاجه ينتج عنه عجز في الإلكترونات ، ناتج عن أكسدة الكلوروفيل. يجب أن تتحقق الإلكترونات من بعض عوامل الاختزال الأخرى. يتضمن النظام الضوئي الثاني الخطوات القليلة الأولى للمخطط Z (الرسم التخطيطي لسلسلة نقل الإلكترون في عملية التمثيل الضوئي) وبالتالي عامل مختزل التي يمكنها التبرع بالإلكترونات مطلوبة لأكسدة الكلوروفيل ، الذي يتم توفيره بواسطة الماء (يعمل كمصدر للإلكترونات في النباتات الخضراء و cynobacteria). وبالتالي ، فإن إطلاق أيونات الهيدروجين يخلق إمكانات كيميائية (تناضح كيميائي) عبر الغشاء ينتج عنها أخيرًا تخليق ATP. النظام الضوئي الثاني هو الإنزيم الأساسي المعروف الذي يعمل كمحفز في عملية أكسدة الماء.