La photosynthèse est une voie biochimique importante impliquant la production de sucre (glucose) à partir de la lumière, de l'eau et du dioxyde de carbone et libérant de l'oxygène. C'est une série de réactions biochimiques complexes et se produit dans les plantes supérieures, les algues, certaines bactéries et certains photoautotrophes. Presque chaque vie dépend de ce processus. Le taux de photosynthèse est lié à la concentration de dioxyde de carbone, à la température et à l'intensité lumineuse. Il obtient de l'énergie à partir de photons absorbés et utilise l'eau comme agent réducteur.

La photosynthèse dans le passé

Avec l'avènement de la vie sur Terre, le processus de photosynthèse a commencé. Comme la concentration d'oxygène était négligeable, la première photosynthèse a eu lieu en utilisant du sulfure d'hydrogène et de l'acide organique dans l'eau de mer. Cependant, le niveau de ces matériaux n'était pas suffisant pour continuer longtemps la photosynthèse et donc la photosynthèse en utilisant de l'eau évoluée. Ce type de photosynthèse utilisant de l'eau a entraîné la libération d'oxygène. Par conséquent, la concentration d'oxygène dans l'atmosphère a commencé à augmenter. Ce cycle sans fin rendait la Terre riche en oxygène qui pourrait soutenir l'écosystème actuel dépendant de l'oxygène.

Rôle de l'eau dans la photosynthèse

À un niveau fondamental, l'eau fournit des électrons pour remplacer ceux retirés de la chlorophylle photosystème II. De plus, l'eau produit de l'oxygène et réduit le NADP en NADPH (requis dans le cycle de Calvin) en libérant des ions H +.

L'eau en tant que fournisseur d'oxygène

Pendant le processus de photosynthèse, six molécules de carbone dioxyde et six molécules d'eau réagissent en présence de la lumière du soleil pour former une molécule de glucose et six molécules d'oxygène. Le rôle de l'eau est de libérer de l'oxygène (O) de la molécule d'eau dans l'atmosphère sous la forme d'oxygène gazeux (O2).

L'eau en tant que conducteur électronique

L'eau joue également un rôle important d'être un chargeur d'électrons. Dans le processus de photosynthèse, l'eau fournit l'électron qui lie l'atome d'hydrogène (d'une molécule d'eau) au carbone (du dioxyde de carbone) pour donner du sucre (glucose).

Photolyse de l'eau

L'eau agit comme un agent réducteur en fournissant des ions H + qui convertissent le NADP en NADPH. Puisque le NADPH est un agent réducteur important présent dans les chloroplastes, sa production entraîne un déficit d'électrons, résultant de l'oxydation de la chlorophylle. Cette perte d'électrons doit être satisfaite par des électrons provenant d'autres agents réducteurs. Le photosystème II implique les premières étapes du schéma Z (le schéma de la chaîne de transport des électrons dans la photosynthèse) et donc un agent réducteur qui peut donner des électrons est nécessaire pour oxyder la chlorophylle, qui est fournie par l'eau (source d'électrons) dans les plantes vertes et les cynobactéries). Les ions hydrogène ainsi libérés créent un potentiel chimique (chimiosmotique) à travers la membrane qui aboutit finalement à la synthèse de l'ATP. Le photosystème II est la principale enzyme connue qui agit comme catalyseur dans cette oxydation de l'eau.