Fotosintesis adalah jalur biokimia penting yang melibatkan produksi gula (glukosa) dari cahaya, air dan karbon dioksida dan melepaskan oksigen. Ini adalah serangkaian reaksi biokimia yang kompleks dan terjadi pada tumbuhan tingkat tinggi, alga, beberapa bakteri dan beberapa fotoautotrof. Hampir setiap kehidupan bergantung pada proses ini. Laju fotosintesis berhubungan dengan konsentrasi karbon dioksida, suhu dan intensitas cahaya. Ia mendapat energi dari foton yang diserap dan menggunakan air sebagai zat pereduksi.
Fotosintesis di Masa Lalu
Dengan munculnya kehidupan di Bumi, proses fotosintesis dimulai. Karena konsentrasi oksigen diabaikan, fotosintesis pertama terjadi menggunakan hidrogen sulfida dan asam organik dalam air laut. Namun, tingkat bahan-bahan ini tidak cukup untuk melanjutkan fotosintesis dalam waktu lama dan oleh karena itu fotosintesis menggunakan air berkembang. Jenis fotosintesis menggunakan air menghasilkan pembebasan oksigen. Akibatnya, konsentrasi oksigen di atmosfer mulai meningkat. Siklus tanpa akhir ini membuat Bumi kaya oksigen yang dapat mendukung ekosistem yang bergantung pada oksigen saat ini.
Peran Air dalam Fotosintesis
Pada tingkat dasar, air menyediakan elektron untuk menggantikan elektron yang dikeluarkan dari klorofil pada fotosistem II. Juga, air menghasilkan oksigen serta mereduksi NADP menjadi NADPH (diperlukan dalam siklus Calvin) dengan membebaskan ion H+.
Air sebagai Penyedia Oksigen
Selama proses fotosintesis, enam molekul karbon dioksida dan enam molekul air bereaksi dengan adanya sinar matahari untuk membentuk satu molekul glukosa dan enam molekul oksigen. Peran air adalah melepaskan oksigen (O) dari molekul air ke atmosfer dalam bentuk gas oksigen (O2).
Air sebagai Pengumpan Elektron
Air juga memiliki peran penting lainnya sebagai pengumpan elektron. Dalam proses fotosintesis, air menyediakan elektron yang mengikat atom hidrogen (dari molekul air) ke karbon (karbon dioksida) untuk memberikan gula (glukosa).
Fotolisis Air
Air bertindak sebagai reduktor dengan menyediakan ion H+ yang mengubah NADP menjadi NADPH. Karena NADPH adalah zat pereduksi penting yang ada dalam kloroplas, produksinya menghasilkan defisit elektron, yang dihasilkan dari oksidasi klorofil. Kehilangan elektron ini harus dipenuhi oleh elektron dari beberapa zat pereduksi lainnya. Fotosistem II melibatkan beberapa langkah pertama dari skema Z (diagram rantai transpor elektron dalam fotosintesis) dan oleh karena itu merupakan zat pereduksi yang dapat menyumbangkan elektron diperlukan untuk mengoksidasi klorofil, yang disediakan oleh air (bertindak sebagai sumber elektron pada tumbuhan hijau dan sinobakteri). Ion hidrogen yang dilepaskan menciptakan potensi kimia (kemiosmotik) melintasi membran yang akhirnya menghasilkan sintesis ATP. Fotosistem II adalah enzim utama yang diketahui bertindak sebagai katalis dalam oksidasi air ini.