Фотосинтезата е важен биохимичен път, включващ производството на захар (глюкоза) от светлина, вода и въглероден диоксид и освобождаване на кислород. Това е поредица от сложни биохимични реакции и се среща при висши растения, водорасли, някои бактерии и някои фотоавтотрофи. Почти всеки живот зависи от този процес. Скоростта на фотосинтеза е свързана с концентрацията на въглероден диоксид, температурата и интензивността на светлината. Той получава енергия от погълнатите фотони и използва водата като редуктор.
Фотосинтеза в миналото
С появата на живот на Земята започна процесът на фотосинтеза. Тъй като концентрацията на кислород беше незначителна, първата фотосинтеза се осъществи с използване на сероводород и органична киселина в морската вода. Нивото на тези материали обаче не беше достатъчно, за да продължи фотосинтезата за дълго и следователно фотосинтезата с помощта на вода се разви. Този тип фотосинтеза с вода води до освобождаване на кислород. Следователно концентрацията на кислород в атмосферата започна да се увеличава. Този безкраен цикъл направи Земята богата на кислород, който може да поддържа настоящата зависима от кислорода екосистема.
Роля на водата във фотосинтеза
На основно ниво водата осигурява електрони, които да заместват отстранените от хлорофила във фотосистема II. Също така, водата произвежда кислород, както и намалява NADP до NADPH (необходим в цикъла на Калвин) чрез освобождаване на H + йони.
Водата като доставчик на кислород
По време на процеса на фотосинтеза шест молекули въглероден диоксид и шест молекули вода реагират в присъствието на слънчева светлина, образувайки една молекула глюкоза и шест молекули кислород. Ролята на водата е да освобождава кислород (О) от водната молекула в атмосферата под формата на кислороден газ (О2).
Водата като подаващо устройство за електрон
Водата също има друга важна роля като електронен захранващ механизъм. В процеса на фотосинтеза водата осигурява електрона, който свързва водородния атом (на водна молекула) с въглерода (на въглеродния диоксид), за да даде захар (глюкоза).
Водна фотолиза
Водата действа като редуциращ агент, като осигурява H + йони, които превръщат NADP в NADPH. Тъй като NADPH е важен редуциращ агент, присъстващ в хлоропластите, неговото производство води до дефицит на електрони, резултат от окисляването на хлорофила. Тази загуба на електрон трябва да бъде компенсирана от електрони от друг редуциращ агент. Photosystem II включва първите няколко стъпки от Z-схемата (диаграмата на електронната транспортна верига при фотосинтеза) и следователно редуциращ агент който може да дарява електрони, е необходим за окисляване на хлорофила, който се осигурява от водата (действайки като източник на електрони в зелените растения и цинобактерии). Така освободените водородни йони създават химичен потенциал (хемиосмотичен) през мембраната, който накрая води до синтез на АТФ. Photosystem II е основният известен ензим, който действа като катализатор при това окисление на водата.