Natuurlijke watersplitsing, of waterfotolyse, is een essentieel proces dat in de natuur plaatsvindt, vooral in planten tijdens fotosynthese. Dit proces omvat de afbraak van watermoleculen in waterstof- en zuurstofatomen, aangedreven door de energie uit zonlicht. Hier is een vereenvoudigde uitleg van hoe de natuur water splitst:

1. Fotosynthese: Bij fotosynthese absorberen planten zonlicht via specifieke moleculen die chlorofyl worden genoemd. De energie uit zonlicht wordt gebruikt om de splitsing van watermoleculen aan te drijven.

2. Fotosysteem II: De eerste fase van watersplitsing vindt plaats in fotosysteem II, een eiwitcomplex dat zich in de thylakoïdemembranen van chloroplasten bevindt. De energie van zonlicht wekt een elektron op in de chlorofylmoleculen van fotosysteem II. Dit aangeslagen elektron wordt overgebracht naar een elektronenacceptor, waardoor een elektronenstroom ontstaat.

3. Watersplitsend complex: Gelegen nabij fotosysteem II bevindt zich het watersplitsende complex, dat een op mangaan gebaseerde cluster bevat. Dit cluster is verantwoordelijk voor de feitelijke splitsing van watermoleculen in waterstofionen (H+) en zuurstofatomen (O).

4. O₂-evolutie: Terwijl het mangaancluster een reeks oxidatie- en reductiereacties ondergaat, splitst het watermoleculen, waardoor zuurstofatomen vrijkomen. Deze zuurstofatomen vormen samen moleculaire zuurstof (O₂) als bijproduct van de fotosynthese, dat vrijkomt in de atmosfeer.

5. Elektronenoverdracht: De waterstofionen (H+) die worden gegenereerd tijdens de watersplitsing worden gebruikt om NADP+ te reduceren tot NADPH. Ondertussen worden de elektronen van fotosysteem II overgebracht via een reeks elektronendragers, waardoor een elektrochemische gradiënt over het thylakoïdmembraan ontstaat. Deze gradiënt drijft de synthese van ATP uit ADP aan via een proces dat fotofosforylering wordt genoemd.

6. Voltooiing fotosynthese: De NADPH en ATP die bij de fotosynthese worden gegenereerd, worden gebruikt in de Calvin-cyclus, waarbij kooldioxide wordt opgenomen om glucose en andere organische moleculen te produceren.

Samenvattend:het watersplitsingsproces in de natuur maakt gebruik van de energie uit zonlicht om watermoleculen op te splitsen in waterstofionen en zuurstofatomen. Dit proces staat centraal in de fotosynthese, waardoor planten zonlicht, koolstofdioxide en water kunnen omzetten in suikers en andere essentiële verbindingen, terwijl ze zuurstof in de atmosfeer afgeven.