Vsebina
- Fotosinteza v preteklosti
- Vloga vode pri fotosintezi
- Voda kot dobavitelj kisika
- Voda kot dobavitelj elektronov
- Fotoliza vode
Fotosinteza je pomemben biokemijski proces, ki vključuje proizvodnjo sladkorja (glukoze) iz sončne svetlobe, vode in ogljikovega dioksida, pri čemer se sprošča kisik. Gre za vrsto zapletenih biokemijskih reakcij, ki se pojavljajo v rastlinah, algah, nekaterih bakterijah in nekaterih fotoavtotrofih. Od tega procesa so odvisna skoraj vsa živa bitja. Hitrost fotosinteze je povezana s koncentracijo ogljikovega dioksida, temperaturo in intenzivnostjo sončne svetlobe. Ta postopek ustvarja energijo iz absorbiranih fotonov z vodo kot reducentom.
Fotosinteza v preteklosti
S prihodom življenja na Zemlji se je začel proces fotosinteze. Ker je bila koncentracija kisika zanemarljiva, je prišlo do prve fotosinteze z uporabo vodikovega sulfida in organske kisline v morski vodi. Vendar raven teh materialov še dolgo ni zadostovala za nadaljevanje fotosinteze, zato je bil delež vode uporabljen namesto drugih spojin. Ta vrsta fotosinteze z uporabo vode je povzročila sproščanje kisika. Posledično se je koncentracija kisika v ozračju začela povečevati. Zaradi tega neskončnega kroga je bila Zemlja bogata s kisikom, kar je omogočilo prisotnost ekosistemov, odvisnih od tega elementa.
Vloga vode pri fotosintezi
V bistvu voda zagotavlja elektrone, ki nadomestijo tiste, ki so odstranjeni iz klorofila v fotosistemu II. Poleg tega proizvaja kisik in z sproščanjem ionov H + reducira NADP na NADPH (potreben za Calvinov cikel).
Voda kot dobavitelj kisika
Med postopkom fotosinteze šest molekul ogljikovega dioksida in šest molekul vode reagira v prisotnosti sončne svetlobe, da tvori eno molekulo glukoze in šest kisika. Vloga vode je sproščanje kisika, ki je prisoten v njegovi molekuli, v ozračje v obliki plina O2.
Voda kot dobavitelj elektronov
Voda ima tudi drugo pomembno vlogo, ki je oskrba z elektroni. V procesu fotosinteze voda donira elektron, ki atom vodika (lastne molekule) veže na ogljik (ogljikov dioksid) in tvori sladkor (glukozo).
Fotoliza vode
Voda deluje kot redukcijsko sredstvo z zagotavljanjem ionov H +, ki pretvorijo NADP v NADPH. Ker je NADPH pomembno redukcijsko sredstvo, ki je prisotno v kloroplastih, njegov nastanek povzroči oksidacijo elektrona po oksidaciji klorofila. To izgubo je treba nadomestiti z elektroni nekega drugega redukcijskega sredstva. Encim fotosistem II deluje v prvih korakih sheme Z (diagram verige prenosa elektronov pri fotosintezi), nato pa je redukcijsko sredstvo, ki lahko donira elektrone, potrebno za oksidacijo klorofila, funkcije, ki jo izvaja voda (ki deluje kot vir elektronov v zelenih rastlinah in cianobakterijah). Sproščeni vodikovi ioni ustvarjajo kemični (kemozmotski) potencial v mitohondrijski membrani, kar povzroči sintezo ATP. Photosystem II je encim, za katerega je znano, da v tem procesu oksidacije vode deluje kot katalizator.