Фотосинтез є важливим біохімічним шляхом, що включає виробництво цукру (глюкози) із світла, води та вуглекислого газу та виділення кисню. Це серія складних біохімічних реакцій, що відбувається у вищих рослин, водоростей, деяких бактерій та деяких фотоавтотрофів. Від цього процесу залежить майже кожне життя. Швидкість фотосинтезу залежить від концентрації вуглекислого газу, температури та інтенсивності світла. Він отримує енергію з поглинених фотонів і використовує воду як відновник.
Фотосинтез у минулому
З появою життя на Землі розпочався процес фотосинтезу. Оскільки концентрація кисню була незначною, перший фотосинтез відбувся за допомогою сірководню та органічної кислоти в морській воді. Однак рівень цих матеріалів був недостатнім для тривалого фотосинтезу надовго, і тому фотосинтез з використанням води еволюціонував. Цей тип фотосинтезу з використанням води призвів до виділення кисню. Отже, концентрація кисню в атмосфері почала зростати. Цей нескінченний цикл зробив Землю багатою киснем, який міг підтримати сучасну киснево-залежну екосистему.
Роль води у фотосинтезі
На основному рівні вода забезпечує електрони, які заміщають ті, що вилучаються з хлорофілу у фотосистемі II. Крім того, вода виробляє кисень, а також зменшує НАДФ до НАДФН (необхідний у циклі Кальвіна), виділяючи іони Н +.
Вода як постачальник кисню
В процесі фотосинтезу шість молекул вуглекислого газу та шість молекул води реагують у присутності сонячного світла, утворюючи одну молекулу глюкози та шість молекул кисню. Роль води полягає у виділенні кисню (О) з молекули води в атмосферу у вигляді газоподібного кисню (О2).
Вода як подавач електронів
Вода також відіграє ще одну важливу роль, що є живильником електронів. У процесі фотосинтезу вода забезпечує електрон, який пов'язує атом водню (молекули води) з вуглецем (вуглекислим газом), отримуючи цукор (глюкозу).
Фотоліз води
Вода діє як відновник, забезпечуючи іони H +, які перетворюють НАДФ в НАДФН. Оскільки НАДФН є важливим відновником, який присутній у хлоропластах, його вироблення призводить до дефіциту електронів, що виникає в результаті окислення хлорофілу. Цю втрату електрона повинні компенсувати електрони з якогось іншого відновника. Фотосистема II включає перші кілька етапів Z-схеми (діаграма ланцюга переносу електронів при фотосинтезі) і, отже, відновник що може віддавати електрони, необхідний для окислення хлорофілу, який забезпечується водою (виконуючи роль джерела електронів у зелених рослинах і цинобактерії). Вивільнені таким чином іони водню створюють хімічний потенціал (хеміосмотичний) через мембрану, що, нарешті, призводить до синтезу АТФ. Фотосистема II - основний відомий фермент, який діє як каталізатор при цьому окисленні води.