Fotosyntes är en viktig biokemisk väg som involverar produktion av socker (glukos) från ljus, vatten och koldioxid och frigör syre. Det är en serie komplexa biokemiska reaktioner och förekommer i högre växter, alger, vissa bakterier och några fotoautotrofer. Nästan varje liv beror på denna process. Hastigheten för fotosyntes är relaterad till koncentrationen av koldioxid, temperatur och ljusintensitet. Det blir energi från absorberade fotoner och använder vatten som reduktionsmedel.

Fotosyntes i det förflutna

Med tillkomsten av livet på jorden började fotosyntesprocessen. Eftersom koncentrationen av syre var försumbar, togs första fotosyntesen med hjälp av vätesulfid och organisk syra i havsvatten. Nivån av dessa material var emellertid inte tillräcklig för att fortsätta fotosyntesen för lång och därför fotosyntes med användning av vatten som utvecklats. Denna typ av fotosyntes med vatten resulterade i frigöring av syre. Följaktligen började syrekoncentrationen i atmosfären öka. Den här oändliga cykeln gjorde jorden rik på syre som kunde stödja det nuvarande syreberoende ekosystemet.

Vattenets roll i fotosyntesen

På grund av grunden ger vatten elektroner som ersätter de som är borttagna från klorofyll i fotosystem II. Vatten producerar också syre samt reducerar NADP till NADPH (krävs i Calvin-cykeln) genom att befria H + joner.

Vatten som syrgasleverantör

Under fotosyntesprocessen sätts sex molekyler kol dioxid och sex molekyler vatten reagerar i närvaro av solljus för att bilda en glukosmolekyl och sex molekyler syre. Vattenrollen är att släppa syre (O) från vattenmolekylen i atmosfären i form av syrgas (O2).

Vatten som elektronmatare

Vatten har också en annan viktig roll att vara en elektronmatare. Vid fotosyntesprocessen ger vatten den elektron som binder väteatomen (av en vattenmolekyl) till kolet (av koldioxid) för att ge socker (glukos).

Vattenfotolys

Vatten fungerar som ett reduktionsmedel genom att tillhandahålla H + joner som omvandlar NADP till NADPH. Eftersom NADPH är ett viktigt reduktionsmedel närvarande i kloroplaster, resulterar dess produktion i ett underskott av elektroner, som härrör från oxidering av klorofyll. Denna förlust av elektron måste uppfyllas av elektroner från något annat reduktionsmedel. Photosystem II involverar de första stegen i Z-schemat (diagrammet av elektrontransportkedjan vid fotosyntes) och därför krävs ett reduktionsmedel som kan donera elektroner för att oxidera klorofyll, som tillhandahålls av vatten (fungerar som en källa till elektroner i gröna växter och cynobakterier). Hydrogenjoner som sålunda frigör skapar en kemisk potential (kemiosmotisk) över membranet som slutligen resulterar i syntes av ATP. Photosystem II är det främsta kända enzymet som fungerar som katalysator vid denna oxidation av vatten.