Fotosüntees on oluline biokeemiline rada, mis hõlmab valguse, vee ja süsinikdioksiidi suhkru (glükoosi) tootmist ning hapniku eraldamist. See on rida keerukaid biokeemilisi reaktsioone ja toimub kõrgematel taimedel, vetikatel, mõnel bakteril ja mõnel fotoautotroofil. Sellest protsessist sõltub peaaegu iga elu. Fotosünteesi kiirus on seotud süsinikdioksiidi kontsentratsiooni, temperatuuri ja valgustugevusega. See saab energiat neeldunud footonitest ja kasutab redutseerijana vett.
Fotosüntees minevikus
Koos elu saabumisega Maal algas fotosünteesi protsess. Kuna hapniku kontsentratsioon oli tühine, toimus esimene fotosüntees vesiniksulfiidi ja orgaanilise happe abil merevees. Kuid nende materjalide tase ei olnud fotosünteesi pikaks jätkamiseks piisav ja seetõttu arenes vee abil fotosüntees. Seda tüüpi vee abil tehtud fotosüntees põhjustas hapniku vabanemise. Järelikult hakkas hapniku kontsentratsioon atmosfääris suurenema. See lõputu tsükkel muutis Maa hapnikurikkaks, mis võiks toetada praegust hapnikust sõltuvat ökosüsteemi.
Vee roll fotosünteesis
Põhitasandil tagab vesi elektronid asendamaks II fotosüsteemis klorofüllist eemaldatud elektrone. Samuti toodab vesi H + ioonide vabastamise kaudu nii hapnikku kui ka vähendab NADP-d NADPH-ks (vajalik Calvini tsüklis).
Vesi kui hapniku pakkuja
Fotosünteesi käigus reageerivad päikesekiirguse käes kuus süsinikdioksiidi ja kuus vett, moodustades ühe glükoosi molekuli ja kuus hapniku molekuli. Vee roll on vabastada vesimolekulist hapnikku (O) atmosfääri gaasilise hapnikuga (O2).
Vesi elektronide toitjana
Veel on ka teine oluline roll olla elektronide toitja. Fotosünteesi käigus annab vesi elektroni, mis seob vesiniku aatomi (veemolekulist) süsinikuga (süsinikdioksiidiga) suhkru (glükoosi) saamiseks.
Vee fotolüüs
Vesi toimib redutseerijana, pakkudes H + ioone, mis muudavad NADP NADPH-ks. Kuna NADPH on kloroplastides oluline redutseerija, põhjustab selle tootmine klorofülli oksüdatsioonist tulenevat elektronide defitsiiti. Selle elektronikao peavad täitma mõne muu redutseerija elektronid. Photosystem II hõlmab Z-skeemi (fotosünteesis oleva elektronitranspordiahela diagramm) esimesi samme ja seetõttu redutseerijat mis suudab elektrone annetada, on vajalik klorofülli oksüdeerimiseks, mida annab vesi (toimides elektronide allikana rohelistes taimedes ja sünobakterid). Nii vabanenud vesinikioonid loovad membraani kaudu keemilise potentsiaali (kemiosmootsed), mille tulemuseks on lõpuks ATP süntees. Photosystem II on peamine teadaolev ensüüm, mis toimib vee oksüdeerimisel katalüsaatorina.