Fotosentez, ışık, su ve karbondioksitten şeker (glikoz) üretimini ve oksijenin salınmasını içeren önemli bir biyokimyasal yoldur. Bir dizi karmaşık biyokimyasal reaksiyondur ve daha yüksek bitkilerde, alglerde, bazı bakterilerde ve bazı fotoototroflarda meydana gelir. Neredeyse her yaşam bu sürece bağlıdır. Fotosentez hızı, karbondioksit konsantrasyonu, sıcaklık ve ışık yoğunluğu ile ilgilidir. Soğurulan fotonlardan enerji alır ve indirgeyici madde olarak su kullanır.
Geçmişte Fotosentez
Yeryüzünde yaşamın ortaya çıkmasıyla birlikte fotosentez süreci başladı. Oksijen konsantrasyonu ihmal edilebilir düzeyde olduğundan, deniz suyunda hidrojen sülfür ve organik asit kullanılarak ilk fotosentez gerçekleşti. Ancak bu maddelerin seviyesi fotosentezin uzun süre devam etmesi için yeterli değildi ve bu nedenle su kullanılarak fotosentez gelişti. Su kullanan bu tür fotosentez, oksijenin serbest kalmasına neden oldu. Sonuç olarak, atmosferdeki oksijen konsantrasyonu artmaya başladı. Bu sonsuz döngü, Dünya'yı mevcut oksijene bağımlı ekosistemi destekleyebilecek oksijen açısından zengin yaptı.
Fotosentezde Suyun Rolü
Temel düzeyde su, fotosistem II'de klorofilden ayrılanların yerine elektronları sağlar. Ayrıca su oksijen üretir ve H+ iyonlarını serbest bırakarak NADP'yi NADPH'ye (Calvin döngüsünde gereklidir) düşürür.
Oksijen Sağlayıcı Olarak Su
Fotosentez işlemi sırasında, altı molekül karbon dioksit ve altı molekül su, güneş ışığının varlığında reaksiyona girerek bir glikoz molekülü ve altı molekül oksijen oluşturur. Suyun rolü, su molekülünden oksijen gazı (O2) şeklinde atmosfere oksijen (O) salmaktır.
Elektron Besleyici Olarak Su
Su ayrıca elektron besleyici olarak önemli bir role sahiptir. Fotosentez sürecinde su, hidrojen atomunu (bir su molekülünün) karbona (karbon dioksitin) bağlayan elektronu şeker (glikoz) vermek üzere sağlar.
Su Fotolizi
Su, NADP'yi NADPH'ye dönüştüren H+ iyonları sağlayarak indirgeyici bir ajan görevi görür. NADPH, kloroplastlarda bulunan önemli bir indirgeyici ajan olduğundan, üretimi, klorofilin oksidasyonundan kaynaklanan elektron eksikliğine neden olur. Bu elektron kaybı, başka bir indirgeyici ajandan gelen elektronlar tarafından karşılanmalıdır. Fotosistem II, Z-şemasının ilk birkaç adımını (fotosentezdeki elektron taşıma zincirinin diyagramı) ve dolayısıyla bir indirgeyici ajanı içerir. Su tarafından sağlanan klorofili oksitlemek için elektron bağışlayabilen (yeşil bitkilerde elektron kaynağı olarak görev yapan ve sinobakteriler). Böylece salınan hidrojen iyonları, zar boyunca kimyasal bir potansiyel (kemiyosmotik) yaratır ve bu da sonunda ATP sentezi ile sonuçlanır. Fotosistem II, suyun bu oksidasyonunda katalizör görevi gören başlıca bilinen enzimdir.