Фотосинтеза је важан биохемијски пут који укључује производњу шећера (глукозе) из светлости, воде и угљен-диоксида и ослобађање кисеоника. То је низ сложених биохемијских реакција и јавља се у вишим биљкама, алгама, неким бактеријама и неким фотоаутотрофима. Готово сваки живот зависи од овог процеса. Брзина фотосинтезе повезана је са концентрацијом угљен-диоксида, температуром и интензитетом светлости. Добија енергију из апсорбованих фотона и користи воду као редукционо средство.
Фотосинтеза у прошлости
Појавом живота на Земљи започео је процес фотосинтезе. С обзиром да је концентрација кисеоника била занемарљива, прва фотосинтеза се догодила коришћењем водоник-сулфида и органске киселине у морској води. Међутим, ниво ових материјала није био довољан за дуготрајну фотосинтезу и зато је еволуирала фотосинтеза користећи воду. Ова врста фотосинтезе употребом воде резултирала је ослобађањем кисеоника. Сходно томе, концентрација кисеоника у атмосфери је почела да расте. Овај бескрајни циклус учинио је Земљу богатом кисеоником који би могао подржати постојећи екосустав зависан од кисеоника.
Улога воде у фотосинтези
На основном нивоу, вода обезбеђује електроне да замене оне уклоњене из хлорофила у фотосистему ИИ. Такође, вода производи кисеоник, као и смањује НАДП до НАДПХ (потребан у Цалвиновом циклусу) ослобађањем Х + јона.
Вода као добављач кисеоника
Током процеса фотосинтезе, шест молекула угљен-диоксида и шест молекула воде реагују у присуству сунчеве светлости да би створили један молекул глукозе и шест молекула кисеоника. Улога воде је ослобађање кисеоника (О) из молекула воде у атмосферу у облику гаса кисеоника (О2).
Вода као довод електрона
Вода такође има још једну важну улогу да буде хранилац електрона. У процесу фотосинтезе, вода обезбеђује електрон који везује атом водоника (молекула воде) за угљеник (угљен-диоксид) дајући шећер (глукозу).
Фотолиза воде
Вода делује као редукционо средство пружајући јоне Х + који претварају НАДП у НАДПХ. С обзиром да је НАДПХ важно редукционо средство присутно у хлоропластима, његова производња резултира дефицитом електрона, што је резултат оксидације хлорофила. Овај губитак електрона морају надокнадити електрони из неког другог редукционог средства. Пхотосистем ИИ укључује првих неколико корака З-шеме (дијаграм ланца транспорта електрона у фотосинтези) и стога редукционо средство који може донирати електроне потребан је за оксидацију хлорофила који се обезбеђује водом (делује као извор електрона у зеленим биљкама и цинобактерија). Тако ослобођени јони водоника стварају хемијски потенцијал (хемиосмотски) кроз мембрану који коначно резултира синтезом АТП. Пхотосистем ИИ је примарно познати ензим који делује као катализатор у овој оксидацији воде.