Inhoud
- Fotosynthese in het verleden
- De rol van water in fotosynthese
- Water als zuurstofleverancier
- Water als een elektron leverancier
- Fotolyse van water
Fotosynthese is een belangrijk biochemisch proces waarbij suiker (glucose) wordt geproduceerd uit zonlicht, water en koolstofdioxide, waarbij zuurstof vrijkomt. Het is een reeks complexe biochemische reacties en komt voor in planten, algen, sommige bacteriën en sommige photoautótrofos. Bijna alle levende wezens zijn afhankelijk van dit proces. Het ritme van fotosynthese is gerelateerd aan de concentratie van kooldioxide, temperatuur en de intensiteit van zonlicht. Dit proces genereert energie van 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 behulp van waterstofsulfide en organisch zuur in zeewater. Het niveau van deze materialen was echter niet voldoende om de fotosynthese lange tijd voort te zetten, dus heeft het de evolutie ondergaan van het gebruik van water in plaats van de andere verbindingen. Dit type fotosynthese, gebruikmakend van water, resulteerde in het vrijkomen van zuurstof. Bijgevolg begon de zuurstofconcentratie in de atmosfeer te stijgen. Deze eindeloze cyclus maakte de aarde rijk aan zuurstof, waardoor de aanwezigheid van ecosystemen afhankelijk van dit element mogelijk was.
De rol van water in fotosynthese
Op het fundamentele niveau levert water elektronen om die te vervangen die worden verwijderd uit chlorofyl in fotosysteem II. Bovendien produceert het zowel zuurstof als vermindert de NADP tot NADPH (vereist voor de Calvin-cyclus) door H + -ionen vrij te maken.
Water als zuurstofleverancier
Tijdens het fotosyntheseproces reageren zes moleculen koolstofdioxide en zes moleculen water in de aanwezigheid van zonlicht om een molecuul glucose en zes zuurstof te vormen. De rol van water is om zuurstof in het molecuul in de atmosfeer af te geven in de vorm van 02-gas.
Water als een elektron leverancier
Water heeft ook een andere belangrijke rol, namelijk een leverancier van elektronen. In het proces van fotosynthese doneert water het elektron dat het waterstofatoom (van zijn eigen molecuul) aan koolstof (uit koolstofdioxide) bindt om een suiker (glucose) te vormen.
Fotolyse van water
Water werkt als een reductiemiddel door H + -ionen te leveren die NADP in NADPH omzetten. Omdat NADPH een belangrijk reductiemiddel is dat aanwezig is in chloroplasten, leidt de vorming ervan tot een elektronengebrek na oxidatie van chlorofyl. Dit verlies moet worden vervangen door elektronen van een ander reductiemiddel. Het fotosysteem II-enzym werkt in op de eerste stappen van het Z-schema (het elektronentransportketendiagram in fotosynthese) en vervolgens is een reductiemiddel dat elektronen kan doneren nodig om chlorofyl te oxideren, een functie die wordt uitgeoefend door water (dat werkt als een bron van elektronen in groene planten en cyanobacteriën). De vrijgekomen waterstofionen creëren een chemisch potentieel (chemosmotisch) door het mitochondriale membraan, wat resulteert in de synthese van ATP. Fotosysteem II is het enzym dat het eerst bekend staat om als een katalysator te werken in dit wateroxidatieproces.