Fotosintēze ir svarīgs bioķīmiskais ceļš, kas ietver cukura (glikozes) ražošanu no gaismas, ūdens un oglekļa dioksīda un atbrīvo skābekli. Tā ir virkne sarežģītu bioķīmisko reakciju un notiek augstākos augos, aļģēs, dažās baktērijās un dažos fotoautotrofos. Gandrīz katra dzīve ir atkarīga no šī procesa. Fotosintēzes ātrums ir saistīts ar oglekļa dioksīda koncentrāciju, temperatūru un gaismas intensitāti. Tas iegūst enerģiju no absorbētiem fotoniem un izmanto ūdeni kā reducētāju.
Fotosintēze pagātnē
Līdz ar dzīvības parādīšanos uz Zemes sākās fotosintēzes process. Tā kā skābekļa koncentrācija bija nenozīmīga, pirmā fotosintēze notika, izmantojot sērūdeņradi un organisko skābi jūras ūdenī. Tomēr šo materiālu līmenis nebija pietiekams, lai ilgstoši turpinātu fotosintēzi, tāpēc attīstījās fotosintēze, izmantojot ūdeni. Šāda veida fotosintēze, izmantojot ūdeni, izraisīja skābekļa atbrīvošanos. Līdz ar to skābekļa koncentrācija atmosfērā sāka palielināties. Šis bezgalīgais cikls padarīja Zemi bagātu ar skābekli, kas varētu atbalstīt pašreizējo no skābekļa atkarīgo ekosistēmu.
Ūdens loma fotosintēzē
Fundamentālā līmenī ūdens nodrošina elektronus, lai aizstātu tos, kas no hlorofila atdalīti II fotosistēmā. Arī ūdens ražo skābekli, kā arī samazina NADP līdz NADPH (nepieciešams Kalvina ciklā), atbrīvojot H + jonus.
Ūdens kā skābekļa nodrošinātājs
Fotosintēzes procesā sešas oglekļa dioksīda molekulas un sešas ūdens molekulas reaģē saules gaismas klātbūtnē, veidojot vienu glikozes molekulu un sešas skābekļa molekulas. Ūdens uzdevums ir atbrīvot skābekli (O) no ūdens molekulas atmosfērā skābekļa gāzes (O2) formā.
Ūdens kā elektronu padevējs
Ūdenim ir arī vēl viena svarīga loma kā elektronu padevējam. Fotosintēzes procesā ūdens nodrošina elektronu, kas saista ūdeņraža atomu (ūdens molekulu) ar oglekli (oglekļa dioksīdu), lai iegūtu cukuru (glikozi).
Ūdens fotolīze
Ūdens darbojas kā reducētājs, nodrošinot H + jonus, kas pārveido NADP par NADPH. Tā kā NADPH ir nozīmīgs reducējošais līdzeklis hloroplastos, tā ražošanā rodas elektronu deficīts, kas rodas hlorofila oksidēšanās rezultātā. Šis elektronu zudums jāpapildina ar elektroniem no kāda cita reducētāja. Fotosistēma II ietver dažus Z-shēmas pirmos soļus (fotosintēzes elektronu transporta ķēdes diagramma) un tāpēc reducētāju kas var ziedot elektronus, ir nepieciešams, lai oksidētu hlorofilu, ko nodrošina ūdens (kas darbojas kā elektronu avots zaļajos augos un cinobaktērijas). Šādi izdalītie ūdeņraža joni visā membrānā rada ķīmisku potenciālu (chemiosmotic), kas galu galā rada ATP sintēzi. Fotosistēma II ir primārais zināmais ferments, kas darbojas kā katalizators šajā ūdens oksidēšanā.
