Fotosyntese er en vigtig biokemisk vej, der involverer produktionen af sukker (glukose) fra lys, vand og kuldioxid og frigiver ilt. Det er en række komplekse biokemiske reaktioner og forekommer i højere planter, alger, nogle bakterier og nogle fotoautotrofer. Næsten ethvert liv afhænger af denne proces. Frekvensen af fotosyntese er relateret til koncentrationen af kuldioxid, temperatur og lysintensitet. Det får energi fra absorberede fotoner og bruger vand som reduktionsmiddel.
Fotosyntese i fortiden
Da livet på jorden kom, startede processen med fotosyntese. Da iltkoncentrationen var ubetydelig, fandt den første fotosyntese sted ved hjælp af hydrogensulfid og organisk syre i havvand. Imidlertid var niveauet af disse materialer ikke tilstrækkeligt til at fortsætte fotosyntese i lang tid, og derfor udviklede fotosyntese ved hjælp af vand. Denne type fotosyntese ved hjælp af vand resulterede i frigørelse af ilt. Derfor begyndte iltkoncentrationen at stige. Denne endeløse cyklus gjorde Jorden rig på ilt, der kunne understøtte det nuværende iltafhængige økosystem.
Vandets rolle i fotosyntese
På et grundlæggende niveau tilvejebringer vand elektroner til at erstatte dem, der fjernes fra klorofyl i fotosystem II. Vand producerer også ilt såvel som reducerer NADP til NADPH (krævet i Calvin-cyklussen) ved at frigøre H + -ioner.
Vand som iltudbyder
Under fotosynteseprocessen reagerer seks molekyler kuldioxid og seks vandmolekyler i nærværelse af sollys og danner et glukosemolekyle og seks iltmolekyler. Vandets rolle er at frigive ilt (O) fra vandmolekylet til atmosfæren i form af iltgas (O2).
Vand som elektronføder
Vand har også en anden vigtig rolle at være en elektronføder. Under fotosyntese tilvejebringer vand den elektron, der binder hydrogenatomet (af et vandmolekyle) til kulstof (af kuldioxid) for at give sukker (glukose).
Vand fotolyse
Vand fungerer som et reduktionsmiddel ved at tilvejebringe H + -ioner, der omdanner NADP til NADPH. Da NADPH er et vigtigt reduktionsmiddel, der findes i kloroplaster, resulterer dets produktion i et underskud på elektroner, der skyldes oxidation af klorofyl. Dette tab af elektron skal opfyldes af elektroner fra et andet reduktionsmiddel. Fotosystem II involverer de første par trin i Z-skemaet (diagrammet for elektrontransportkæden i fotosyntese) og derfor et reduktionsmiddel der kan donere elektroner kræves for at oxidere klorofyl, som tilvejebringes af vand (fungerer som en kilde til elektroner i grønne planter og cynobakterier). Hydrogenioner, der frigøres, skaber således et kemisk potentiale (kemiosmotisk) på tværs af membranen, der til sidst resulterer i syntese af ATP. Fotosystem II er det primære kendte enzym, der fungerer som katalysator i denne oxidation af vand.