Fotosynthese is een belangrijke biochemische route die de productie van suiker (glucose) uit licht, water en koolstofdioxide en het vrijkomen van zuurstof omvat. Het is een reeks complexe biochemische reacties en komt voor in hogere planten, algen, sommige bacteriën en enkele foto-autotrofen. Bijna elk leven hangt van dit proces af. De snelheid van fotosynthese is gerelateerd aan de concentratie van koolstofdioxide, temperatuur en lichtintensiteit. Het haalt energie uit de opgenomen fotonen en gebruikt water als reductiemiddel.

Fotosynthese in het verleden

Met de komst van het leven op aarde begon het proces van fotosynthese. Omdat de zuurstofconcentratie verwaarloosbaar was, vond de eerste fotosynthese plaats met behulp van waterstofsulfide en organisch zuur in zeewater. Het niveau van deze materialen was echter niet voldoende om de fotosynthese lang voort te zetten en daarom werd fotosynthese met behulp van water geëvolueerd. Dit type fotosynthese met water resulteerde in de vrijgave van zuurstof. Als gevolg hiervan begon de zuurstofconcentratie in de atmosfeer te stijgen. Deze eindeloze cyclus maakte de aarde rijk aan zuurstof die het huidige zuurstofafhankelijke ecosysteem zou kunnen ondersteunen.

De rol van water in fotosynthese

Water levert op fundamenteel niveau elektronen ter vervanging van die welke zijn verwijderd uit chlorofyl in fotosysteem II. Ook produceert water zuurstof en reduceert het NADP tot NADPH (vereist in de Calvin-cyclus) door H + -ionen vrij te maken.

Water als leverancier van zuurstof

Tijdens het fotosyntheseproces worden zes moleculen koolstof dioxide en zes moleculen water reageren in de aanwezigheid van zonlicht om een ​​glucosemolecuul en zes zuurstofmoleculen te vormen. De rol van water is om zuurstof (O) uit het watermolecuul in de vorm van zuurstofgas (O2) in de atmosfeer af te geven.

Water als elektrofeeder

Water heeft ook een andere belangrijke rol van het zijn van een elektronentoevoer. In het proces van fotosynthese levert water het elektron dat het waterstofatoom (van een watermolecuul) aan de koolstof (van koolstofdioxide) bindt om suiker (glucose) te geven.

Waterfotolyse

Water werkt als een reductiemiddel door H + -ionen te verschaffen die NADP in NADPH omzetten. Aangezien NADPH een belangrijk reductiemiddel is dat aanwezig is in chloroplasten, resulteert de productie ervan in een tekort aan elektronen, resulterend uit oxidatie van chlorofyl. Aan dit elektronenverlies moet worden voldaan door elektronen van een ander reductiemiddel. Photosystem II omvat de eerste paar stappen van het Z-schema (het diagram van de elektronentransportketen in fotosynthese) en daarom is een reductiemiddel dat elektronen kan doneren vereist voor het oxideren van chlorofyl, dat wordt geleverd door water (dat als een bron van elektronen werkt) in groene planten en cynobacteriën). De aldus vrijkomende waterstofionen creëren een chemisch potentieel (chemiosmotisch) over het membraan dat uiteindelijk resulteert in de synthese van ATP. Fotosysteem II is het primaire bekende enzym dat als katalysator fungeert bij deze oxidatie van water.