Fotosyntéza je důležitá biochemická cesta zahrnující produkci cukru (glukózy) ze světla, vody a oxidu uhličitého a uvolňování kyslíku. Jedná se o řadu složitých biochemických reakcí a vyskytuje se ve vyšších rostlinách, řasách, některých bakteriích a některých fotoautotrofech. Na tomto procesu závisí téměř každý život. Rychlost fotosyntézy souvisí s koncentrací oxidu uhličitého, teplotou a intenzitou světla. Získává energii z absorbovaných fotonů a používá vodu jako redukční činidlo.
Fotosyntéza v minulosti
S příchodem života na Zemi začal proces fotosyntézy. Protože koncentrace kyslíku byla zanedbatelná, proběhla první fotosyntéza za použití sirovodíku a organické kyseliny v mořské vodě. Úroveň těchto materiálů však nebyla dostatečná pro pokračování fotosyntézy po dlouhou dobu, a proto se vyvinula fotosyntéza pomocí vody. Tento typ fotosyntézy pomocí vody vedl k uvolnění kyslíku. V důsledku toho se začala zvyšovat koncentrace kyslíku v atmosféře. Tento nekonečný cyklus učinil Zemi bohatou na kyslík, který by mohl podporovat současný ekosystém závislý na kyslíku.
Role vody ve fotosyntéze
Na základní úrovni poskytuje voda elektrony, které nahradí elektrony odstraněné z chlorofylu ve fotosystému II. Voda také produkuje kyslík a redukuje NADP na NADPH (požadované v Calvinově cyklu) uvolněním iontů H +.
Voda jako poskytovatel kyslíku
Během procesu fotosyntézy reaguje šest molekul oxidu uhličitého a šest molekul vody za přítomnosti slunečního světla za vzniku jedné molekuly glukózy a šesti molekul kyslíku. Úlohou vody je uvolňovat kyslík (O) z molekuly vody do atmosféry ve formě plynného kyslíku (O2).
Voda jako elektronový podavač
Voda má také další důležitou roli jako zdroj elektronů. V procesu fotosyntézy poskytuje voda elektron, který váže atom vodíku (molekuly vody) na uhlík (oxid uhličitý) za vzniku cukru (glukózy).
Vodní fotolýza
Voda působí jako redukční činidlo tím, že poskytuje ionty H +, které převádějí NADP na NADPH. Vzhledem k tomu, že NADPH je důležitým redukčním činidlem přítomným v chloroplastech, vede jeho produkce k deficitu elektronů v důsledku oxidace chlorofylu. Tuto ztrátu elektronu musí splnit elektrony z nějakého jiného redukčního činidla. Photosystem II zahrnuje prvních několik kroků Z-schématu (schéma řetězce přenosu elektronů ve fotosyntéze), a proto redukční činidlo které mohou darovat elektrony, je nutné k oxidaci chlorofylu, který je poskytován vodou (působí jako zdroj elektronů v zelených rostlinách a cynobakterie). Takto uvolněné vodíkové ionty vytvářejí přes membránu chemický potenciál (chemiosmotický), který nakonec vede k syntéze ATP. Photosystem II je primární známý enzym, který působí jako katalyzátor při této oxidaci vody.