Fotosynthese is een belangrijke biochemische route waarbij suiker (glucose) wordt geproduceerd uit licht, water en kooldioxide en waarbij zuurstof vrijkomt. Het is een reeks complexe biochemische reacties en komt voor in hogere planten, algen, sommige bacteriën en sommige fotoautotrofen. Bijna elk leven hangt van dit proces af. De snelheid van fotosynthese is gerelateerd aan de concentratie kooldioxide, temperatuur en lichtintensiteit. Het haalt energie uit geabsorbeerde 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 te verwaarlozen was, vond de eerste fotosynthese plaats met waterstofsulfide en organisch zuur in zeewater. Het niveau van deze materialen was echter niet voldoende om de fotosynthese lang voort te zetten en daarom ontwikkelde de fotosynthese met behulp van water zich. Dit type fotosynthese met behulp van water resulteerde in het vrijkomen van zuurstof. Bijgevolg 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.
Rol van water in fotosynthese

Water levert fundamenteel niveau elektronen om die te vervangen die zijn verwijderd uit chlorofyl in fotosysteem II. Water produceert ook zuurstof en vermindert NADP tot NADPH (vereist in de Calvin-cyclus) door H + -ionen vrij te maken.
Water als zuurstofleverancier

Tijdens het fotosyntheseproces, zes moleculen kooldioxide en zes watermoleculen reageren in aanwezigheid van zonlicht om een glucosemolecule en zes moleculen zuurstof te vormen. De rol van water is om zuurstof (O) uit de watermolecule af te geven in de atmosfeer in de vorm van zuurstofgas (O2).
Water als elektronenvoeder

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

Water werkt als een reductiemiddel door H + ionen te leveren die NADP naar NADPH omzetten. Aangezien NADPH een belangrijk reductiemiddel is dat aanwezig is in chloroplasten, resulteert de productie ervan in een tekort aan elektronen, als gevolg van oxidatie van chlorofyl. Dit elektronenverlies moet worden opgevangen door elektronen van een ander reductiemiddel. Fotosysteem 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 om chlorofyl te oxideren, dat wordt geleverd door water (dat fungeert als een bron van elektronen in groene planten en cynobacteriën). Aldus vrijgemaakte 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.