La photosynthèse est une voie biochimique importante impliquant la production de sucre (glucose) à partir de la lumière, de l'eau et du dioxyde de carbone et libérant de l'oxygène. C'est une série de réactions biochimiques complexes et se produit dans les plantes supérieures, les algues, certaines bactéries et certains photoautotrophes. Presque toutes les vies dépendent de ce processus. Le taux de photosynthèse est lié à la concentration de dioxyde de carbone, à la température et à l'intensité lumineuse. Il tire son énergie des photons absorbés et utilise l'eau comme agent réducteur.
La photosynthèse dans le passé
Avec l'avènement de la vie sur Terre, le processus de photosynthèse a commencé. Comme la concentration d'oxygène était négligeable, la première photosynthèse a eu lieu en utilisant du sulfure d'hydrogène et de l'acide organique dans l'eau de mer. Cependant, le niveau de ces matériaux n'était pas suffisant pour poursuivre la photosynthèse pendant longtemps et donc la photosynthèse utilisant l'eau a évolué. Ce type de photosynthèse utilisant l'eau a entraîné la libération d'oxygène. Par conséquent, la concentration d'oxygène dans l'atmosphère a commencé à augmenter. Ce cycle sans fin a rendu la Terre riche en oxygène qui pourrait soutenir l'écosystème actuel dépendant de l'oxygène.
Rôle de l'eau dans la photosynthèse
À un niveau fondamental, l'eau fournit des électrons pour remplacer ceux retirés de la chlorophylle dans le photosystème II. De plus, l'eau produit de l'oxygène et réduit le NADP en NADPH (nécessaire dans le cycle de Calvin) en libérant des ions H+.
L'eau comme fournisseur d'oxygène
Au cours du processus de photosynthèse, six molécules de dioxyde de carbone et six molécules d'eau réagissent en présence de la lumière du soleil pour former une molécule de glucose et six molécules d'oxygène. Le rôle de l'eau est de libérer l'oxygène (O) de la molécule d'eau dans l'atmosphère sous forme d'oxygène gazeux (O2).
L'eau comme source d'électrons
L'eau a également un autre rôle important d'être un générateur d'électrons. Dans le processus de photosynthèse, l'eau fournit l'électron qui lie l'atome d'hydrogène (d'une molécule d'eau) au carbone (du dioxyde de carbone) pour donner du sucre (glucose).
Photolyse de l'eau
L'eau agit comme un agent réducteur en fournissant des ions H+ qui convertissent le NADP en NADPH. Le NADPH étant un agent réducteur important présent dans les chloroplastes, sa production entraîne un déficit d'électrons, résultant de l'oxydation de la chlorophylle. Cette perte d'électrons doit être comblée par des électrons provenant d'un autre agent réducteur. Le photosystème II implique les premières étapes du schéma Z (le schéma de la chaîne de transport d'électrons dans la photosynthèse) et donc un agent réducteur qui peut donner des électrons est nécessaire pour oxyder la chlorophylle, qui est fournie par l'eau (agissant comme source d'électrons dans les plantes vertes et cynobactéries). Les ions hydrogène ainsi libérés créent un potentiel chimique (chimiosmotique) à travers la membrane qui aboutit finalement à la synthèse d'ATP. Le photosystème II est la principale enzyme connue qui agit comme catalyseur dans cette oxydation de l'eau.