Fotosyntes är en viktig biokemisk väg som involverar produktion av socker (glukos) från ljus, vatten och koldioxid och frigörande av syre. Det är en serie komplexa biokemiska reaktioner och förekommer i högre växter, alger, vissa bakterier och vissa fotoautotrofer. Nästan alla liv beror på denna process. Graden av fotosyntes är relaterad till koncentrationen av koldioxid, temperatur och ljusintensitet. Det får energi från absorberade fotoner och använder vatten som reduktionsmedel.
Fotosyntes i det förflutna
Med tillkomsten av livet på jorden började fotosyntesprocessen. Eftersom koncentrationen av syre var försumbar ägde den första fotosyntesen rum med vätesulfid och organisk syra i havsvatten. Men nivån på dessa material var inte tillräcklig för att fortsätta fotosyntesen länge och därför utvecklades fotosyntes med användning av vatten. Denna typ av fotosyntes med vatten resulterade i frigöring av syre. Följaktligen började syrekoncentrationen i atmosfären öka. Denna ändlösa cykel gjorde jorden rik på syre som kunde stödja det nuvarande syreberoende ekosystemet.
Vattenroll i fotosyntes
På en grundläggande nivå tillhandahåller vatten elektroner för att ersätta de som tas bort från klorofyll i fotosystem II. Dessutom producerar vatten syre såväl som minskar NADP till NADPH (krävs i Calvin-cykeln) genom att frigöra H + -joner.
Vatten som syreleverantör
Under fotosyntesprocessen reagerar sex molekyler koldioxid och sex molekyler vatten i närvaro av solljus för att bilda en glukosmolekyl och sex molekyler syre. Vattens roll är att släppa ut syre (O) från vattenmolekylen till atmosfären i form av syrgas (O2).
Vatten som elektronmatare
Vatten har också en annan viktig roll att vara en elektronmatare. I fotosyntesprocessen tillhandahåller vatten elektronen som binder väteatomen (av en vattenmolekyl) till kolet (av koldioxid) för att ge socker (glukos).
Vattenfotolys
Vatten fungerar som ett reduktionsmedel genom att tillhandahålla H + -joner som omvandlar NADP till NADPH. Eftersom NADPH är ett viktigt reduktionsmedel som finns i kloroplaster, resulterar dess produktion i ett underskott av elektroner, vilket resulterar från oxidation av klorofyll. Denna elektronförlust måste uppfyllas av elektroner från något annat reduktionsmedel. Photosystem II involverar de första stegen i Z-schemat (diagrammet för elektrontransportkedjan i fotosyntes) och därför ett reduktionsmedel som kan donera elektroner krävs för att oxidera klorofyll, som tillhandahålls av vatten (fungerar som en källa till elektroner i gröna växter och cynobakterier). Vätejoner som sålunda frigörs skapar en kemisk potential (kemiosmotisk) över membranet som slutligen resulterar i syntes av ATP. Fotosystem II är det primära kända enzymet som fungerar som katalysator vid denna oxidation av vatten.