Fotosintezė yra svarbus biocheminis kelias, apimantis cukraus (gliukozės) gamybą iš šviesos, vandens ir anglies dioksido ir išskiriant deguonį. Tai yra sudėtingų biocheminių reakcijų serija, vykstanti aukštesniuose augaluose, dumbliuose, kai kuriose bakterijose ir kai kuriuose fotoautotrofuose. Nuo šio proceso priklauso beveik kiekvienas gyvenimas. Fotosintezės greitis yra susijęs su anglies dioksido koncentracija, temperatūra ir šviesos intensyvumu. Jis gauna energiją iš absorbuotų fotonų ir naudoja vandenį kaip reduktorių.
Fotosintezė praeityje
Atsiradus gyvybei Žemėje, prasidėjo fotosintezės procesas. Kadangi deguonies koncentracija buvo nereikšminga, pirmoji fotosintezė vyko naudojant vandenilio sulfidą ir organinę rūgštį jūros vandenyje. Tačiau šių medžiagų lygis nebuvo pakankamas, kad fotosintezė būtų tęsiama ilgai, todėl fotosintezė naudojant vandenį išsivystė. Šio tipo fotosintezė naudojant vandenį leido išsiskirti deguoniui. Todėl deguonies koncentracija atmosferoje pradėjo didėti. Šis nesibaigiantis ciklas padarė Žemę turtingą deguonies, kuris galėtų palaikyti dabartinę nuo deguonies priklausančią ekosistemą.
Vandens vaidmuo fotosintezėje
Esminiu lygiu vanduo suteikia elektronams pakeisti tuos, kurie yra pašalinti iš chlorofilo II fotosistemoje. Taip pat vanduo gamina deguonį, taip pat sumažina NADP iki NADPH (reikalingas Kalvino cikle) išlaisvindamas H + jonus.
Vanduo kaip deguonies tiekėjas
Fotosintezės proceso metu šešios anglies dioksido ir šešios vandens molekulės reaguoja esant saulės spinduliams, kad susidarytų viena gliukozės ir šešios deguonies molekulės. Vandens vaidmuo yra išskirti deguonį (O) iš vandens molekulės į atmosferą deguonies dujų (O2) pavidalu.
Vanduo kaip elektronų tiektuvas
Vanduo taip pat turi dar vieną svarbų vaidmenį kaip elektronų tiektuvas. Vykstant fotosintezės procesui, vanduo suteikia elektroną, kuris suriša vandenilio atomą (vandens molekulę) su anglimi (anglies dioksidu), kad gautų cukrų (gliukozę).
Vandens fotolizė
Vanduo veikia kaip reduktorius, suteikdamas H + jonus, kurie paverčia NADP į NADPH. Kadangi NADPH yra svarbus redukuojantis agentas, esantis chloroplastuose, jo gamyba sukelia elektronų trūkumą, atsirandantį dėl chlorofilo oksidacijos. Šį elektronų praradimą turi įvykdyti kai kurių kitų reduktorių elektronai. „Photosystem II“ apima kelis pirmuosius Z schemos etapus (fotosintezės metu vykstanti elektronų perdavimo grandinės diagrama) ir todėl reduktorius oksiduoti chlorofilą, kurį teikia vanduo (veikiantis kaip žaliųjų augalų elektronų šaltinis ir kinobakterijos). Taip išsiskyrę vandenilio jonai per membraną sukuria cheminį potencialą (chemiosmotiką), kuris galiausiai sukelia ATP sintezę. „Photosystem II“ yra pagrindinis žinomas fermentas, kuris veikia kaip oksidatoriaus vandens katalizatorius.