Фотосинтез - важный биохимический путь, включающий производство сахара (глюкозы) из света, воды и углекислого газа и высвобождение кислорода. Это серия сложных биохимических реакций, протекающих у высших растений, водорослей, некоторых бактерий и некоторых фотоавтотрофов. Практически каждая жизнь зависит от этого процесса. Скорость фотосинтеза зависит от концентрации углекислого газа, температуры и интенсивности света. Он получает энергию от поглощенных фотонов и использует воду в качестве восстановителя.
Фотосинтез в прошлом
С появлением жизни на Земле начался процесс фотосинтеза. Поскольку концентрация кислорода была незначительной, первый фотосинтез произошел с использованием сероводорода и органической кислоты в морской воде. Однако уровень этих материалов был недостаточным для продолжительного фотосинтеза, и поэтому фотосинтез с использованием воды развился. Этот тип фотосинтеза с использованием воды приводит к высвобождению кислорода. Следовательно, концентрация кислорода в атмосфере стала увеличиваться. Этот бесконечный цикл сделал Землю богатой кислородом, который может поддерживать существующую кислородозависимую экосистему.
Роль воды в фотосинтезе
На фундаментальном уровне вода предоставляет электроны для замены тех, которые удалены из хлорофилла в фотосистеме II. Кроме того, вода производит кислород, а также восстанавливает НАДФ до НАДФН (необходимого в цикле Кальвина), высвобождая ионы H +.
Вода как поставщик кислорода
В процессе фотосинтеза шесть молекул углекислого газа и шесть молекул воды реагируют в присутствии солнечного света с образованием одной молекулы глюкозы и шести молекул кислорода. Роль воды заключается в выделении кислорода (O) из молекулы воды в атмосферу в виде газообразного кислорода (O2).
Вода как питатель электронов
Вода также играет еще одну важную роль в качестве источника питания электронов. В процессе фотосинтеза вода обеспечивает электрон, который связывает атом водорода (молекулы воды) с углеродом (диоксида углерода) с образованием сахара (глюкозы).
Фотолиз воды
Вода действует как восстанавливающий агент, предоставляя ионы H +, которые превращают НАДФ в НАДФН. Поскольку НАДФН является важным восстановителем, присутствующим в хлоропластах, его производство приводит к дефициту электронов в результате окисления хлорофилла. Эта потеря электрона должна быть восполнена электронами какого-либо другого восстановителя. Фотосистема II включает в себя несколько первых шагов Z-схемы (схема цепи переноса электронов в фотосинтезе) и, следовательно, восстанавливающий агент. который может отдавать электроны, необходим для окисления хлорофилла, который обеспечивается водой (действующей как источник электронов в зеленых растениях и цинобактерии). Высвобождаемые таким образом ионы водорода создают химический потенциал (хемиосмотический) через мембрану, что в конечном итоге приводит к синтезу АТФ. Фотосистема II - это основной известный фермент, который действует как катализатор в этом окислении воды.