Fotosinteza este o cale biochimică importantă care implică producerea de zahăr (glucoză) din lumină, apă și dioxid de carbon și eliberarea oxigenului. Este o serie de reacții biochimice complexe și apare la plante superioare, alge, unele bacterii și unele fotoautotrofe. Aproape fiecare viață depinde de acest proces. Rata fotosintezei este legată de concentrația de dioxid de carbon, temperatură și intensitatea luminii. Obține energie din fotonii absorbiți și folosește apa ca agent de reducere.
Fotosinteza în trecut
Odată cu apariția vieții pe Pământ, a început procesul de fotosinteză. Deoarece concentrația de oxigen a fost neglijabilă, prima fotosinteză a avut loc folosind hidrogen sulfurat și acid organic în apa de mare. Cu toate acestea, nivelul acestor materiale nu a fost suficient pentru a continua fotosinteza pentru mult timp și, prin urmare, a evoluat fotosinteza folosind apă. Acest tip de fotosinteză folosind apă a dus la eliberarea oxigenului. În consecință, concentrația de oxigen din atmosferă a început să crească. Acest ciclu nesfârșit a făcut Pământul bogat în oxigen care ar putea susține ecosistemul actual dependent de oxigen.
Rolul apei în fotosinteză
La un nivel fundamental, apa furnizează electroni pentru a-i înlocui pe cei eliminați din clorofilă din fotosistemul II. De asemenea, apa produce oxigen, precum și reduce NADP la NADPH (necesar în ciclul Calvin) prin eliberarea ionilor H +.
Apa ca furnizor de oxigen
În timpul procesului de fotosinteză, șase molecule de dioxid de carbon și șase molecule de apă reacționează în prezența soarelui pentru a forma o moleculă de glucoză și șase molecule de oxigen. Rolul apei este de a elibera oxigenul (O) din molecula de apă în atmosferă sub formă de oxigen gazos (O2).
Apa ca alimentator de electroni
Apa are, de asemenea, un alt rol important de a fi un alimentator de electroni. În procesul de fotosinteză, apa furnizează electronul care leagă atomul de hidrogen (al unei molecule de apă) de carbon (al dioxidului de carbon) pentru a da zahăr (glucoza).
Fotoliza apei
Apa acționează ca un agent reducător prin furnizarea de ioni H + care convertesc NADP în NADPH. Deoarece NADPH este un important agent reducător prezent în cloroplaste, producția sa are ca rezultat un deficit de electroni, rezultat din oxidarea clorofilei. Această pierdere de electron trebuie să fie îndeplinită de electroni de la un alt agent de reducere. Photosystem II implică primii pași ai schemei Z (diagrama lanțului de transport al electronilor în fotosinteză) și, prin urmare, un agent reducător care poate dona electroni este necesar pentru a oxida clorofila, care este furnizată de apă (acționând ca o sursă de electroni în plantele verzi și cinobacterii). Ionii de hidrogen astfel eliberați creează un potențial chimic (chemiosmotic) pe membrană care duce în cele din urmă la sinteza ATP. Photosystem II este principala enzimă cunoscută care acționează ca catalizator în această oxidare a apei.