Περιεχόμενο
- Φωτοσύνθεση στο παρελθόν
- Ο ρόλος του νερού στη φωτοσύνθεση
- Το νερό ως προμηθευτής οξυγόνου
- Το νερό ως προμηθευτής ηλεκτρονίων
- Φωτολύση νερού
Η φωτοσύνθεση είναι μια σημαντική βιοχημική διαδικασία που περιλαμβάνει την παραγωγή σακχάρου (γλυκόζης) από το ηλιακό φως, το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα, απελευθερώνοντας οξυγόνο. Είναι μια σειρά πολύπλοκων βιοχημικών αντιδράσεων και εμφανίζεται σε φυτά, φύκια, μερικά βακτήρια και μερικά φωτοατροφικά. Σχεδόν όλα τα έμβια όντα εξαρτώνται από αυτήν τη διαδικασία. Ο ρυθμός φωτοσύνθεσης σχετίζεται με τη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα, τη θερμοκρασία και την ένταση του ηλιακού φωτός. Αυτή η διαδικασία παράγει ενέργεια από απορροφημένα φωτόνια, με νερό ως αναγωγικό παράγοντα.
Φωτοσύνθεση στο παρελθόν
Με την έλευση της ζωής στη Γη, ξεκίνησε η διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Δεδομένου ότι η συγκέντρωση οξυγόνου ήταν αμελητέα, η πρώτη φωτοσύνθεση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας υδρόθειο και οργανικό οξύ σε θαλασσινό νερό. Ωστόσο, το επίπεδο αυτών των υλικών δεν ήταν αρκετό για να συνεχιστεί η φωτοσύνθεση για μεγάλο χρονικό διάστημα, επομένως έχει υποστεί την εξέλιξη της χρήσης νερού στη θέση των άλλων ενώσεων. Αυτός ο τύπος φωτοσύνθεσης, χρησιμοποιώντας νερό, είχε ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση οξυγόνου. Κατά συνέπεια, η συγκέντρωση οξυγόνου στην ατμόσφαιρα άρχισε να αυξάνεται. Αυτός ο ατελείωτος κύκλος έκανε τη Γη πλούσια σε οξυγόνο, γεγονός που κατέστησε δυνατή την παρουσία οικοσυστημάτων που εξαρτώνται από αυτό το στοιχείο.
Ο ρόλος του νερού στη φωτοσύνθεση
Σε θεμελιώδες επίπεδο, το νερό παρέχει ηλεκτρόνια για την αντικατάσταση αυτών που αφαιρούνται από τη χλωροφύλλη στο φωτοσύστημα II. Επιπλέον, παράγει οξυγόνο, ενώ μειώνει το NADP σε NADPH (απαραίτητο για τον κύκλο Calvin) απελευθερώνοντας ιόντα Η +.
Το νερό ως προμηθευτής οξυγόνου
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φωτοσύνθεσης, έξι μόρια διοξειδίου του άνθρακα και έξι μόρια νερού αντιδρούν παρουσία του ηλιακού φωτός για να σχηματίσουν ένα μόριο γλυκόζης και έξι οξυγόνου. Ο ρόλος του νερού είναι να απελευθερώνει οξυγόνο που υπάρχει στο μόριό του στην ατμόσφαιρα με τη μορφή αερίου 02.
Το νερό ως προμηθευτής ηλεκτρονίων
Το νερό έχει επίσης έναν άλλο σημαντικό ρόλο, που είναι η τροφοδοσία ηλεκτρονίων. Στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, το νερό δωρίζει το ηλεκτρόνιο που συνδέει το άτομο υδρογόνου (του δικού του μορίου) με τον άνθρακα (διοξειδίου του άνθρακα) για να σχηματίσει ένα σάκχαρο (γλυκόζη).
Φωτολύση νερού
Το νερό δρα ως αναγωγικός παράγοντας παρέχοντας ιόντα H + που μετατρέπουν το NADP σε NADPH. Δεδομένου ότι το NADPH είναι ένας σημαντικός αναγωγικός παράγοντας που υπάρχει στους χλωροπλάστες, ο σχηματισμός του οδηγεί σε έλλειμμα ηλεκτρονίων μετά την οξείδωση της χλωροφύλλης. Αυτή η απώλεια πρέπει να αντικατασταθεί από ηλεκτρόνια από κάποιο άλλο αναγωγικό παράγοντα. Το ένζυμο φωτοσύστημα II δρα στα πρώτα βήματα του σχήματος Ζ (το διάγραμμα της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων στη φωτοσύνθεση) και στη συνέχεια ένας αναγωγικός παράγοντας που μπορεί να δωρίσει ηλεκτρόνια είναι απαραίτητος για την οξείδωση της χλωροφύλλης, μια λειτουργία που εκτελείται από το νερό (η οποία δρα ως πηγή ηλεκτρονίων σε πράσινα φυτά και κυανοβακτήρια). Τα απελευθερούμενα ιόντα υδρογόνου δημιουργούν ένα χημικό (χημειοσωτικό) δυναμικό σε όλη τη μιτοχονδριακή μεμβράνη, η οποία έχει ως αποτέλεσμα τη σύνθεση του ATP. Το Photosystem II είναι το ένζυμο που είναι κυρίως γνωστό ότι δρα ως καταλύτης σε αυτή τη διαδικασία οξείδωσης νερού.