რატომ არის წყალი მნიშვნელოვანი ფოტოსინთეზისთვის?

ფოტოსინთეზი არის მნიშვნელოვანი ბიოქიმიური გზა, რომელიც მოიცავს შაქრის (გლუკოზის) წარმოებას სინათლიდან, წყალიდან და ნახშირორჟანგიდან და გამოიყოფა ჟანგბადი. ეს არის რთული ბიოქიმიური რეაქციების სერია და გვხვდება მაღალ მცენარეებში, წყალმცენარეებში, ზოგიერთ ბაქტერიასა და ზოგიერთ ფოტოატოტროფში. თითქმის ყველა სიცოცხლე დამოკიდებულია ამ პროცესზე. ფოტოსინთეზის სიჩქარე უკავშირდება ნახშირორჟანგის კონცენტრაციას, ტემპერატურას და სინათლის ინტენსივობას. იგი ენერგიას იღებს შთანთქმული ფოტონებიდან და წყალს იყენებს, როგორც შემამცირებელ საშუალებად.

დედამიწაზე სიცოცხლის გაჩენისთანავე დაიწყო ფოტოსინთეზის პროცესი. მას შემდეგ, რაც ჟანგბადის კონცენტრაცია იყო უმნიშვნელო, პირველი ფოტოსინთეზი მოხდა წყალბადის სულფიდისა და ორგანული მჟავის გამოყენებით ზღვის წყალში. ამასთან, ამ მასალების დონე საკმარისი არ იყო ფოტოსინთეზის ხანგრძლივად გასაგრძელებლად და, შესაბამისად, წყლის გამოყენებით ფოტოსინთეზი განვითარდა. ამ ტიპის ფოტოსინთეზმა წყლის გამოყენებით გამოიწვია ჟანგბადის გათავისუფლება. შესაბამისად, ატმოსფეროში ჟანგბადის კონცენტრაცია იზრდება. ამ გაუთავებელმა ციკლმა დედამიწა გაამდიდრა ჟანგბადით, რაც ხელს შეუწყობდა ამჟამინდელ ჟანგბადზე დამოკიდებულ ეკოსისტემას.

ფუნდამენტურ დონეზე, წყალი უზრუნველყოფს ელექტრონებს, რომლებიც შეცვლიან ქლოროფილიდან მეორე ფოტოსისტემაში. ასევე, წყალი აწარმოებს ჟანგბადს, ასევე ამცირებს NADP– ს NADPH– მდე (საჭიროა კალვინის ციკლში) H + იონების გათავისუფლებით.

ფოტოსინთეზის პროცესში, ექვსი მოლეკულა ნახშირორჟანგი და ექვსი მოლეკულა წყალი რეაგირებს მზის სხივის არსებობისას და ქმნის გლუკოზის ერთ მოლეკულას და ჟანგბადის ექვს მოლეკულას. წყლის როლი არის ჟანგბადის (O) გათავისუფლება წყლის მოლეკულადან ატმოსფეროში ჟანგბადის გაზის (O2) სახით.

წყალს ასევე აქვს ელექტრონული მიმწოდებლის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი როლი. ფოტოსინთეზის პროცესში წყალი უზრუნველყოფს ელექტრონს, რომელიც წყალბადის ატომს (წყლის მოლეკულას) უკავშირებს ნახშირბადს (ნახშირორჟანგი) და აძლევს შაქარს (გლუკოზა).

წყალი მოქმედებს როგორც შემამცირებელი საშუალება, უზრუნველყოფს H + იონებს, რომლებიც NADP- ს გარდაქმნის NADPH. ვინაიდან NADPH წარმოადგენს მნიშვნელოვან შემამცირებელ აგენტს, რომელიც ქლოროპლასტებშია, მისი წარმოქმნის შედეგად ხდება ელექტრონების დეფიციტი, რაც ქლოროფილის დაჟანგვის შედეგად ხდება. ელექტრონის ეს დანაკარგი ელექტრონებმა უნდა დააკმაყოფილონ სხვა დამამცირებელი აგენტისგან. Photosystem II მოიცავს Z- სქემის პირველ რამდენიმე ნაბიჯს (ელექტრონის ტრანსპორტირების ჯაჭვის დიაგრამა ფოტოსინთეზში) და, შესაბამისად, შემამცირებელი საშუალება ქლოროფილის დაჟანგვისთვის საჭიროა ელექტრონების ჩუქება, რომელსაც წყალი უზრუნველყოფს (მოქმედებს როგორც ელექტრონის წყარო მწვანე მცენარეებში და ცინობაქტერია). ამრიგად, გამოყოფილი წყალბადის იონები ქმნიან ქიმიურ პოტენციალს (ქიმიოსმოტიკურ) გარსზე, რაც საბოლოოდ იწვევს ATP- ს სინთეზს. Photosystem II არის პირველადი ცნობილი ფერმენტი, რომელიც მოქმედებს კატალიზატორი წყლის ამ დაჟანგვაში.