A fotoszintézis egy fontos biokémiai út, amely magában foglalja a fény, a víz és a szén-dioxid cukor (glükóz) termelését és oxigén felszabadulását. Ez egy összetett biokémiai reakció sorozat, amely magasabb rendű növényekben, algákban, néhány baktériumban és néhány fotoautotrófban fordul elő. Szinte minden élet ettől a folyamattól függ. A fotoszintézis sebessége összefügg a szén-dioxid koncentrációjával, a hőmérséklettel és a fényintenzitással. Az abszorbeált fotonokból nyeri az energiát, és redukálószerként vizet használ.
A fotoszintézis a múltban
A Föld életének megjelenésével megkezdődött a fotoszintézis folyamata. Mivel az oxigén koncentrációja elhanyagolható volt, az első fotoszintézis hidrogén-szulfid és szerves sav felhasználásával, tengervízben történt. Ezeknek az anyagoknak a szintje azonban nem volt elegendő a fotoszintézis hosszú ideig történő folytatásához, ezért a víz felhasználásával végzett fotoszintézis kialakult. Ez a fajta vízzel végzett fotoszintézis oxigén felszabadulást eredményezett. Következésképpen az oxigénkoncentráció a légkörben növekedni kezdett. Ez a végtelen ciklus gazdagította a Földet oxigénben, amely támogathatta a jelenlegi oxigéntől függő ökoszisztémát.
A víz szerepe a fotoszintézisben
Alapvető szinten a víz biztosítja az elektronokat a II. Fotorendszer klorofillból eltávolítottak helyettesítésére. Ezenkívül a víz oxigént termel, valamint csökkenti a NADP-t NADPH-ra (szükséges a Calvin-ciklusban) a H + -ionok felszabadításával.
A víz mint oxigénszolgáltató
A fotoszintézis folyamata során hat szén-dioxid-molekula és hat víz-molekula napfény jelenlétében egy glükóz- és hat oxigénmolekula képződik. A víz szerepe oxigén (O) felszabadítása a vízmolekulából a légkörbe oxigéngáz (O2) formájában.
A víz mint elektron adagoló
A víznek még egy fontos szerepe van, hogy elektron-adagoló legyen. A fotoszintézis folyamata során a víz biztosítja azt az elektront, amely a hidrogénatomot (egy vízmolekula) a szénhez (szén-dioxidhoz) köti, hogy cukrot (glükózt) kapjon.
Víz fotolízis
A víz redukálószerként működik azáltal, hogy olyan H + -ionokat biztosít, amelyek a NADP-t NADPH -vá alakítják. Mivel a NADPH fontos redukálószer a kloroplasztokban, termelése elektronhiányt eredményez, ami a klorofill oxidációjából ered. Ezt az elektronveszteséget valamilyen más redukálószer elektronjainak kell teljesíteniük. A Photosystem II magában foglalja a Z-séma első lépéseit (az elektrontranszportlánc diagramja a fotoszintézisben), és ezért redukálószert tartalmaz amelyek képesek elektront adni, szükséges a klorofill oxidálásához, amelyet a víz biztosít (amely a zöld növények elektronforrásaként működik) cynobacteriumok). Az így felszabaduló hidrogénionok kémiai potenciált (kemioszmotikus) hoznak létre a membránon, amely végül az ATP szintézisét eredményezi. A Photosystem II az elsődleges ismert enzim, amely katalizátorként működik a víz ezen oxidációjában.