Fotosyntéza je dôležitá biochemická cesta zahŕňajúca produkciu cukru (glukózy) zo svetla, vody a oxidu uhličitého a uvoľňovanie kyslíka. Je to séria zložitých biochemických reakcií a vyskytuje sa u vyšších rastlín, rias, niektorých baktérií a niektorých fotoautotrofov. Od tohto procesu závisí takmer každý život. Rýchlosť fotosyntézy súvisí s koncentráciou oxidu uhličitého, teplotou a intenzitou svetla. Energiu získava z absorbovaných fotónov a vodu používa ako redukčné činidlo.
Fotosyntéza v minulosti
S príchodom života na Zemi sa začal proces fotosyntézy. Pretože koncentrácia kyslíka bola zanedbateľná, prvá fotosyntéza prebiehala pomocou sírovodíka a organickej kyseliny v morskej vode. Úroveň týchto materiálov však nebola dostatočná na to, aby fotosyntéza pokračovala dlho, a preto sa vyvinula fotosyntéza pomocou vody. Tento typ fotosyntézy pomocou vody viedol k uvoľneniu kyslíka. V dôsledku toho sa začala zvyšovať koncentrácia kyslíka v atmosfére. Tento nekonečný cyklus spôsobil, že Zem bola bohatá na kyslík, ktorý by mohol podporovať súčasný ekosystém závislý od kyslíka.
Úloha vody vo fotosyntéze
Na základnej úrovni poskytuje voda elektróny, ktoré nahrádzajú elektróny odstránené z chlorofylu vo fotosystéme II. Voda tiež produkuje kyslík a redukuje NADP na NADPH (potrebné v Calvinovom cykle) uvoľňovaním iónov H +.
Voda ako poskytovateľ kyslíka
Počas procesu fotosyntézy reaguje šesť molekúl oxidu uhličitého a šesť molekúl vody za prítomnosti slnečného žiarenia na jednu molekulu glukózy a šesť molekúl kyslíka. Úlohou vody je uvoľňovať kyslík (O) z molekuly vody do atmosféry vo forme plynného kyslíka (O2).
Voda ako elektrónový podávač
Voda má tiež ďalšiu dôležitú úlohu ako zdroj elektrónov. V procese fotosyntézy poskytuje voda elektrón, ktorý viaže atóm vodíka (molekuly vody) na uhlík (oxid uhličitý) za vzniku cukru (glukózy).
Vodná fotolýza
Voda pôsobí ako redukčné činidlo poskytovaním iónov H +, ktoré premieňajú NADP na NADPH. Pretože NADPH je dôležité redukčné činidlo prítomné v chloroplastoch, vedie jeho výroba k deficitu elektrónov v dôsledku oxidácie chlorofylu. Túto stratu elektrónu musia splniť elektróny z iného redukčného činidla. Fotosystém II zahŕňa prvých pár krokov Z-schémy (diagram elektrónového transportného reťazca pri fotosyntéze), a teda redukčné činidlo ktorý môže darovať elektróny, je potrebný na oxidáciu chlorofylu, ktorý poskytuje voda (pôsobí ako zdroj elektrónov v zelených rastlinách a cynobaktérie). Takto uvoľnené vodíkové ióny vytvárajú cez membránu chemický potenciál (chemiosmotický), ktorý nakoniec vedie k syntéze ATP. Fotosystém II je primárny známy enzým, ktorý pôsobí ako katalyzátor pri tejto oxidácii vody.