光合成は、光、水、二酸化炭素から糖（ブドウ糖）を生成し、酸素を放出する重要な生化学的経路です。 これは一連の複雑な生化学反応であり、高等植物、藻類、一部の細菌、および一部の光合成独立栄養生物で発生します。 ほぼすべての人生はこのプロセスに依存しています。 光合成の速度は、二酸化炭素の濃度、温度、光の強さに関係しています。 吸収された光子からエネルギーを得て、還元剤として水を使用します。
過去の光合成
地球上の生命の到来とともに、光合成のプロセスが始まりました。 酸素濃度はごくわずかであったため、最初の光合成は、海水中の硫化水素と有機酸を使用して行われました。 しかし、これらの物質のレベルは光合成を長く続けるのに十分ではなかったため、水を使った光合成が進化しました。 水を使ったこの種の光合成は、酸素の放出をもたらしました。 その結果、大気中の酸素濃度が上昇し始めました。 この無限のサイクルにより、地球は現在の酸素依存性生態系をサポートできる酸素に富むようになりました。
光合成における水の役割
基本的なレベルでは、水は光化学系IIでクロロフィルから除去されたものを置き換える電子を提供します。 また、水は酸素を生成するだけでなく、H +イオンを放出することによってNADPをNADPH（カルビン回路で必要）に還元します。
酸素供給源としての水
光合成の過程で、6分子の二酸化炭素と6分子の水が太陽光の存在下で反応し、1つのグルコース分子と6つの酸素分子を形成します。 水の役割は、水分子から酸素ガス（O2）の形で大気中に酸素（O）を放出することです。
電子フィーダーとしての水
水はまた、電子供給装置であるという別の重要な役割を持っています。 光合成の過程で、水は（水分子の）水素原子を（二酸化炭素の）炭素に結合して糖（グルコース）を与える電子を提供します。
水の光分解
水は、NADPをNADPHに変換するH +イオンを提供することにより、還元剤として機能します。 NADPHは葉緑体に存在する重要な還元剤であるため、その生成により、葉緑素の酸化に起因する電子の不足が生じます。 この電子の喪失は、他の還元剤からの電子によって満たされなければなりません。 光化学系IIは、Zスキーム（光合成における電子伝達系の図）の最初の数ステップを含み、したがって還元剤を含みます 電子を提供できるものは、水によって提供されるクロロフィルを酸化するために必要です（緑の植物の電子源として機能し、 シアノバクテリア）。 このように放出された水素イオンは、膜全体に化学ポテンシャル（化学浸透）を生み出し、最終的にATPの合成をもたらします。 光化学系IIは、この水の酸化において触媒として作用する主要な既知の酵素です。