Hvorfor er vann viktig for fotosyntese?

Fotosyntese er en viktig biokjemisk vei som involverer produksjon av sukker (glukose) fra lys, vann og karbondioksid og frigjør oksygen. Det er en serie av komplekse biokjemiske reaksjoner og forekommer i høyere planter, alger, noen bakterier og noen fotoautotrofer. Nesten hvert liv er avhengig av denne prosessen. Frekvensen av fotosyntese er relatert til konsentrasjonen av karbondioksid, temperatur og lysintensitet. Den får energi fra absorberte fotoner og bruker vann som reduksjonsmiddel.

Da livet på jorden kom, startet prosessen med fotosyntese. Siden oksygenkonsentrasjonen var ubetydelig, fant den første fotosyntesen sted ved bruk av hydrogensulfid og organisk syre i sjøvann. Imidlertid var nivået på disse materialene ikke tilstrekkelig til å fortsette fotosyntesen lenge, og derfor utviklet fotosyntesen med vann. Denne typen fotosyntese ved bruk av vann resulterte i frigjøring av oksygen. Følgelig begynte oksygenkonsentrasjonen i atmosfæren å øke. Denne endeløse syklusen gjorde jorden rik på oksygen som kunne støtte det nåværende oksygenavhengige økosystemet.

På et grunnleggende nivå gir vann elektroner som erstatter de som er fjernet fra klorofyll i fotosystem II. Vann produserer også oksygen og reduserer NADP til NADPH (kreves i Calvin-syklusen) ved å frigjøre H + -ioner.

Under prosessen med fotosyntese reagerer seks molekyler karbondioksid og seks vannmolekyler i nærvær av sollys for å danne et glukosemolekyl og seks oksygenmolekyler. Vannets rolle er å frigjøre oksygen (O) fra vannmolekylet til atmosfæren i form av oksygengass (O2).

Vann har også en annen viktig rolle å være elektronmater. I prosessen med fotosyntese tilfører vann elektronet som binder hydrogenatomet (av et vannmolekyl) til karbonet (av karbondioksid) for å gi sukker (glukose).

Vann fungerer som et reduksjonsmiddel ved å tilveiebringe H + -ioner som omdanner NADP til NADPH. Siden NADPH er et viktig reduksjonsmiddel som er tilstede i kloroplaster, resulterer produksjonen i et underskudd av elektroner som skyldes oksidasjon av klorofyll. Dette tapet av elektron må oppfylles av elektroner fra et annet reduksjonsmiddel. Photosystem II involverer de første trinnene i Z-skjemaet (diagrammet over elektrontransportkjeden i fotosyntese) og derfor et reduksjonsmiddel som kan donere elektroner er nødvendig for å oksidere klorofyll, som tilføres av vann (fungerer som en kilde til elektroner i grønne planter og cynobakterier). Hydrogenioner som frigjøres, skaper dermed et kjemisk potensial (kjemiosmotisk) over membranen som til slutt resulterer i syntese av ATP. Fotosystem II er det primære kjente enzymet som fungerer som katalysator i denne oksidasjonen av vann.