La fotosintesi è un importante percorso biochimico che coinvolge la produzione di zucchero (glucosio) da luce, acqua e anidride carbonica e rilascia ossigeno. È una serie di complesse reazioni biochimiche e si verifica in piante superiori, alghe, alcuni batteri e alcuni fotoautotrofi. Quasi ogni vita dipende da questo processo. Il tasso di fotosintesi è correlato alla concentrazione di anidride carbonica, temperatura e intensità luminosa. Ottiene energia dai fotoni assorbiti e utilizza l'acqua come agente riducente.

Fotosintesi nel passato

Con l'avvento della vita sulla Terra, è iniziato il processo di fotosintesi. Poiché la concentrazione di ossigeno era trascurabile, la prima fotosintesi si è svolta utilizzando acido solfidrico e acido organico nell'acqua di mare. Tuttavia, il livello di questi materiali non era sufficiente per continuare la fotosintesi per lungo tempo e quindi la fotosintesi con l'acqua si è evoluta. Questo tipo di fotosintesi usando l'acqua ha portato alla liberazione di ossigeno. Di conseguenza, la concentrazione di ossigeno nell'atmosfera ha iniziato ad aumentare. Questo ciclo senza fine ha reso la Terra ricca di ossigeno in grado di supportare l'attuale ecosistema dipendente dall'ossigeno.

Ruolo dell'acqua nella fotosintesi

A un livello fondamentale, l'acqua fornisce elettroni per sostituire quelli rimossi dalla clorofilla in photosystem II. Inoltre, l'acqua produce ossigeno e riduce il NADP al NADPH (richiesto nel ciclo di Calvin) liberando gli ioni H +.

L'acqua come fornitore di ossigeno

Durante il processo della fotosintesi, sei molecole di carbonio diossido e sei molecole di acqua reagiscono in presenza di luce solare per formare una molecola di glucosio e sei molecole di ossigeno. Il ruolo dell'acqua è quello di rilasciare ossigeno (O) dalla molecola d'acqua nell'atmosfera sotto forma di gas ossigeno (O2).

L'acqua come alimentatore di elettroni

L'acqua ha anche un altro ruolo importante di essere un alimentatore di elettroni. Nel processo di fotosintesi, l'acqua fornisce l'elettrone che lega l'atomo di idrogeno (di una molecola d'acqua) al carbonio (di anidride carbonica) per dare zucchero (glucosio).

Fotolisi dell'acqua

L'acqua agisce come agente riducente fornendo ioni H + che convertono NADP in NADPH. Poiché NADPH è un importante agente riducente presente nei cloroplasti, la sua produzione si traduce in un deficit di elettroni, risultante dall'ossidazione della clorofilla. Questa perdita di elettrone deve essere soddisfatta dagli elettroni di altri agenti riducenti. Photosystem II coinvolge i primi passi dello schema Z (il diagramma della catena di trasporto degli elettroni nella fotosintesi) e quindi è necessario un agente riducente che può donare elettroni per ossidare la clorofilla, che è fornita dall'acqua (che agisce come una fonte di elettroni nelle piante verdi e nei cynobacteria). Gli ioni idrogeno così rilasciati creano un potenziale chimico (chemiosmotico) attraverso la membrana che alla fine risulta nella sintesi dell'ATP. Photosystem II è l'enzima primario noto che funge da catalizzatore in questa ossidazione dell'acqua.