Fotosynteesi on tärkeä biokemiallinen reitti, joka käsittää sokerin (glukoosin) tuotannon valosta, vedestä ja hiilidioksidista ja vapauttaa happea. Se on sarja monimutkaisia biokemiallisia reaktioita ja tapahtuu korkeammissa kasveissa, levissä, joissakin bakteereissa ja joissakin fotoautotrofeissa. Lähes jokainen elämä riippuu tästä prosessista. Fotosynteesin nopeus liittyy hiilidioksidin pitoisuuteen, lämpötilaan ja valon voimakkuuteen. Se saa energiaa absorboituneista fotoneista ja käyttää vettä pelkistävänä aineena.
Fotosynteesi menneisyydessä
Elämän tullessa maan päälle fotosynteesiprosessi alkoi. Koska hapen pitoisuus oli merkityksetön, ensimmäinen fotosynteesi tapahtui käyttämällä rikkivetyä ja orgaanista happoa merivedessä. Näiden materiaalien taso ei kuitenkaan ollut riittävä fotosynteesin jatkamiseen pitkään, ja siksi fotosynteesi veden avulla kehittyi. Tämän tyyppinen fotosynteesi vedellä johti hapen vapautumiseen. Tämän seurauksena happipitoisuus ilmakehässä alkoi kasvaa. Tämä loputon kierto teki maasta runsaasti happea, joka voisi tukea nykyistä happiriippuvaa ekosysteemiä.
Veden rooli fotosynteesissä
Perustasolla vesi tarjoaa elektroneja korvaamaan ne, jotka on poistettu klorofyllistä valojärjestelmässä II. Myös vesi tuottaa happea sekä vähentää NADP: n NADPH: ksi (vaaditaan Calvin-syklissä) vapauttamalla H + -ioneja.
Vesi hapen tarjoajana
Fotosynteesin aikana kuusi hiilidioksidimolekyyliä ja kuusi vesimolekyyliä reagoivat auringonvalon läsnä ollessa muodostaen yhden glukoosimolekyylin ja kuusi happimolekyyliä. Veden tehtävänä on vapauttaa happea (O) vesimolekyylistä ilmakehään happikaasun (O2) muodossa.
Vesi elektronisyöttölaitteena
Vedellä on myös toinen tärkeä rooli olla elektronisyöttölaite. Fotosynteesin aikana vesi tuottaa elektronin, joka sitoo (vesimolekyylin) vetyatomin hiileen (hiilidioksidiin) sokerin (glukoosin) tuottamiseksi.
Veden fotolyysi
Vesi toimii pelkistävänä aineena tarjoamalla H + -ioneja, jotka muuttavat NADP: n NADPH: ksi. Koska NADPH on tärkeä pelkistävä aine, jota on läsnä kloroplasteissa, sen tuotanto johtaa elektronipuutokseen, joka johtuu klorofyllin hapettumisesta. Jonkin muun pelkistimen elektronien on täytettävä tämä elektronihäviö. Photosystem II käsittää Z-kaavion muutaman ensimmäisen vaiheen (fotosynteesin elektronikuljetusketjun kaavio) ja siten pelkistävän aineen joka pystyy luovuttamaan elektroneja, tarvitaan hapettamaan klorofylli, jonka tuottaa vesi (joka toimii elektronien lähteenä vihreissä kasveissa ja kynobakteerit). Näin vapautuneet vetyionit luovat kemiallisen potentiaalin (kemiosmoottisen) kalvon läpi, mikä lopulta johtaa ATP: n synteesiin. Photosystem II on ensisijainen tunnettu entsyymi, joka toimii katalysaattorina tässä veden hapetuksessa.