Inhoud
- Fotosynthese in het verleden
- De rol van water bij fotosynthese
- Water als zuurstofleverancier
- Water als elektronenleverancier
- Fotolyse van water
Fotosynthese is een belangrijk biochemisch proces waarbij suiker (glucose) wordt geproduceerd uit zonlicht, water en kooldioxide, waarbij zuurstof vrijkomt. Het is een reeks complexe biochemische reacties en komt voor in planten, algen, sommige bacteriën en sommige fotoautotrofen. Bijna alle levende wezens zijn afhankelijk van dit proces. De snelheid van fotosynthese is gerelateerd aan de concentratie van kooldioxide, temperatuur en de intensiteit van zonlicht. Dit proces wekt energie op uit geabsorbeerde fotonen, met water als reductiemiddel.
Fotosynthese in het verleden
Met de komst van het leven op aarde begon het proces van fotosynthese. Omdat de zuurstofconcentratie verwaarloosbaar 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 lange tijd voort te zetten, dus het heeft de evolutie ondergaan van het gebruik van water in plaats van de andere verbindingen. Bij deze vorm van fotosynthese, waarbij water werd gebruikt, kwam zuurstof vrij. Bijgevolg begon de zuurstofconcentratie in de atmosfeer toe te nemen. Deze eindeloze cyclus maakte de aarde rijk aan zuurstof, wat de aanwezigheid van ecosystemen mogelijk maakte die afhankelijk waren van dit element.
De rol van water bij fotosynthese
Op fundamenteel niveau levert water elektronen ter vervanging van de elektronen die in fotosysteem II uit chlorofyl worden verwijderd. Bovendien produceert het zuurstof en reduceert het NADP tot NADPH (noodzakelijk voor de Calvin-cyclus) door H + -ionen vrij te geven.
Water als zuurstofleverancier
Tijdens het fotosyntheseproces reageren zes moleculen kooldioxide en zes moleculen water in aanwezigheid van zonlicht om één molecuul glucose en zes zuurstofmoleculen te vormen. De rol van water is om zuurstof in zijn molecuul in de vorm van O2-gas vrij te geven aan de atmosfeer.
Water als elektronenleverancier
Water heeft ook een andere belangrijke rol, namelijk het leveren van elektronen. Tijdens het fotosyntheseproces schenkt water het elektron dat het waterstofatoom (van zijn eigen molecuul) bindt aan koolstof (van kooldioxide) om een suiker (glucose) te vormen.
Fotolyse van water
Water werkt als een reductiemiddel door H + -ionen te leveren die NADP omzetten in NADPH. Omdat NADPH een belangrijk reductiemiddel is dat aanwezig is in chloroplasten, resulteert de vorming ervan in een elektronentekort na de oxidatie van chlorofyl. Dit verlies moet worden vervangen door elektronen van een ander reductiemiddel. Het enzym fotosysteem II werkt in de eerste stappen van het Z-schema (het diagram van de elektronentransportketen in fotosynthese) en vervolgens is een reductiemiddel nodig dat elektronen kan afstaan om chlorofyl te oxideren, een functie die wordt uitgevoerd door water (dat werkt als een bron van elektronen in groene planten en cyanobacteriën). De vrijgekomen waterstofionen creëren een chemisch (chemosmotisch) potentieel over het mitochondriale membraan, wat resulteert in de synthese van ATP. Fotosysteem II is het enzym waarvan vooral bekend is dat het als katalysator werkt in dit wateroxidatieproces.