Περιεχόμενο
- Φωτοσύνθεση στο παρελθόν
- Ο ρόλος του νερού στη φωτοσύνθεση
- Το νερό ως προμηθευτής οξυγόνου
- Το νερό ως προμηθευτής ηλεκτρονίων
- Φωτόλυση νερού
Η φωτοσύνθεση είναι μια σημαντική βιοχημική διαδικασία που περιλαμβάνει την παραγωγή ζάχαρης (γλυκόζης) από το ηλιακό φως, το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα, απελευθερώνοντας οξυγόνο. Πρόκειται για μια σειρά σύνθετων βιοχημικών αντιδράσεων και εμφανίζεται σε φυτά, φύκια, μερικά βακτήρια και μερικά φωτοαυτόφωτα. Σχεδόν όλα τα ζωντανά πράγματα εξαρτώνται από αυτή τη διαδικασία. Ο ρυθμός της φωτοσύνθεσης σχετίζεται με τη συγκέντρωση του 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 του οξυγόνου ήταν αμελητέα, η πρώτη φωτοσύνθεση συνέβη χρησιμοποιώντας υδρόθειο και οργανικό οξύ σε θαλασσινό νερό. Ωστόσο, το επίπεδο αυτών των υλικών δεν ήταν επαρκές 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, η οποία κατέστησε δυνατή την παρουσία οικοσυστημάτων που εξαρτώνται από αυτό το στοιχείο.
Ο ρόλος του νερού στη φωτοσύνθεση
Στο θεμελιώδες επίπεδο, το νερό παρέχει ηλεκτρόνια για να αντικαταστήσει αυτά που αφαιρούνται από τη χλωροφύλλη στο φωτοσύστημα II. Επιπλέον, παράγει οξυγόνο καθώς μειώνει το NADP σε NADPH (απαιτείται 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 ηλιακού φωτός για να σχηματίσουν ένα μόριο γλυκόζης και έξι οξυγόνου. Ο ρόλος του νερού είναι να απελευθερώσει το οξυγόνο που υπάρχει στο μόριο του στην ατμόσφαιρα με τη μορφή αερίου 02.
Το νερό ως προμηθευτής ηλεκτρονίων
Το νερό έχει επίσης έναν άλλο σημαντικό ρόλο που πρέπει να είναι ένας προμηθευτής ηλεκτρονίων. Στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, το νερό δωρίζει το ηλεκτρόνιο που δεσμεύει το άτομο υδρογόνου (από το δικό του μόριο) με άνθρακα (από διοξείδιο του άνθρακα) για να σχηματίσει ένα σάκχαρο (γλυκόζη).
Φωτόλυση νερού
Το νερό δρα ως αναγωγικό μέσο παρέχοντας ιόντα Η + τα οποία μετατρέπουν το NADP σε NADPH. Δεδομένου ότι το NADPH είναι ένας σημαντικός αναγωγικός παράγοντας που υπάρχει στους χλωροπλάστες, ο σχηματισμός του προκαλεί έλλειψη ηλεκτρονίων μετά την οξείδωση της χλωροφύλλης. Αυτή η απώλεια πρέπει να αντικατασταθεί από ηλεκτρόνια από κάποιο άλλο αναγωγικό παράγοντα. Το ένζυμο του φωτοσυστήματος ΙΙ δρα στα πρώτα στάδια του σχήματος Ζ (διάγραμμα αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων στη φωτοσύνθεση) και στη συνέχεια χρειάζεται ένας αναγωγικός παράγοντας που μπορεί να δωρίσει ηλεκτρόνια για την οξείδωση της χλωροφύλλης, μια λειτουργία που ασκείται από το νερό ως πηγή ηλεκτρόνων σε πράσινα φυτά και κυανοβακτήρια). Τα απελευθερούμενα ιόντα υδρογόνου δημιουργούν ένα χημικό δυναμικό (χημειοσμωτικό) μέσω της μιτοχονδριακής μεμβράνης, με αποτέλεσμα τη σύνθεση του ΑΤΡ. Το Photosystem II είναι το πρώτο ένζυμο που είναι γνωστό ότι δρα ως καταλύτης σε αυτή τη διαδικασία οξείδωσης του νερού.