Содержание
- Фотосинтез в прошлом
- Роль воды в фотосинтезе
- Вода как поставщик кислорода
- Вода как поставщик электроники
- Фотолиз воды
Фотосинтез - важный биохимический процесс, связанный с производством сахара (глюкозы) из солнечного света, воды и углекислого газа с выделением кислорода. Это серия сложных биохимических реакций, протекающих у растений, водорослей, некоторых бактерий и некоторых фотоавтотрофов. Практически все живое зависит от этого процесса. Скорость фотосинтеза зависит от концентрации углекислого газа, температуры и интенсивности солнечного света. Этот процесс генерирует энергию из поглощенных фотонов с водой в качестве восстановителя.
Фотосинтез в прошлом
С появлением жизни на Земле начался процесс фотосинтеза. Поскольку концентрация кислорода была незначительной, первый фотосинтез произошел с использованием сероводорода и органической кислоты в морской воде. Однако уровень этих веществ был недостаточным для продолжения фотосинтеза в течение длительного времени, поэтому он претерпел эволюцию с использованием воды вместо других соединений. Этот тип фотосинтеза с использованием воды приводит к выделению кислорода. Следовательно, концентрация кислорода в атмосфере стала увеличиваться. Этот бесконечный цикл сделал Землю богатой кислородом, что сделало возможным наличие экосистем, зависящих от этого элемента.
Роль воды в фотосинтезе
На фундаментальном уровне вода предоставляет электроны для замены тех, которые удалены из хлорофилла в фотосистеме II. Кроме того, он производит кислород, а также восстанавливает НАДФ до НАДФН (необходимого для цикла Кальвина) путем высвобождения ионов H +.
Вода как поставщик кислорода
В процессе фотосинтеза шесть молекул углекислого газа и шесть молекул воды реагируют в присутствии солнечного света с образованием одной молекулы глюкозы и шести молекул кислорода. Роль воды заключается в выделении кислорода, присутствующего в ее молекуле, в атмосферу в виде газообразного O2.
Вода как поставщик электроники
Вода также играет еще одну важную роль - снабжает электронами. В процессе фотосинтеза вода отдает электрон, который связывает атом водорода (собственной молекулы) с углеродом (диоксида углерода) с образованием сахара (глюкозы).
Фотолиз воды
Вода действует как восстанавливающий агент, обеспечивая ионы H +, которые превращают НАДФ в НАДФН. Поскольку НАДФН является важным восстановителем, присутствующим в хлоропластах, его образование приводит к дефициту электронов после окисления хлорофилла. Эти потери должны быть заменены электронами какого-либо другого восстановителя. Ферментная фотосистема II действует на первых этапах Z-схемы (диаграмма цепи переноса электронов в фотосинтезе), а затем восстанавливающий агент, который может отдавать электроны, необходим для окисления хлорофилла, функцию, выполняемую водой (которая действует как источник электронов у зеленых растений и цианобактерий). Освободившиеся ионы водорода создают химический (хемосмотический) потенциал через митохондриальную мембрану, что приводит к синтезу АТФ. Фотосистема II - это фермент, который, как известно, действует как катализатор в процессе окисления воды.