Inhalt
- Photosynthese in der Vergangenheit
- Rolle von Wasser bei der Photosynthese
- Wasser als Sauerstofflieferant
- Wasser als Elektronenlieferant
- Wasserphotolyse
Die Photosynthese ist ein wichtiger biochemischer Prozess, bei dem Zucker (Glukose) aus Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid unter Freisetzung von Sauerstoff hergestellt wird. Es handelt sich um eine Reihe komplexer biochemischer Reaktionen, die in Pflanzen, Algen, einigen Bakterien und einigen Photoautotrophen auftreten. Fast alle Lebewesen hängen von diesem Prozess ab. Die Photosyntheserate hängt von der Kohlendioxidkonzentration, der Temperatur und der Intensität des Sonnenlichts ab. Dieser Prozess erzeugt Energie aus absorbierten Photonen mit Wasser als Reduktionsmittel.
Photosynthese in der Vergangenheit
Mit dem Aufkommen des Lebens auf der Erde begann der Prozess der Photosynthese. Da die Sauerstoffkonzentration vernachlässigbar war, erfolgte die erste Photosynthese unter Verwendung von Schwefelwasserstoff und organischer Säure in Meerwasser. Die Menge dieser Materialien war jedoch nicht ausreichend, um die Photosynthese für eine lange Zeit fortzusetzen, so dass die Entwicklung der Verwendung von Wasser anstelle der anderen Verbindungen stattgefunden hat. Diese Art der Photosynthese unter Verwendung von Wasser führte zur Freisetzung von Sauerstoff. Folglich begann die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre anzusteigen. Dieser endlose Kreislauf machte die Erde sauerstoffreich, was die Anwesenheit von Ökosystemen ermöglichte, die von diesem Element abhängig waren.
Rolle von Wasser bei der Photosynthese
Grundsätzlich liefert Wasser Elektronen, um diejenigen zu ersetzen, die im Photosystem II aus Chlorophyll entfernt wurden. Darüber hinaus produziert es Sauerstoff und reduziert NADP zu NADPH (notwendig für den Calvin-Zyklus), indem es H + -Ionen freisetzt.
Wasser als Sauerstofflieferant
Während des Photosyntheseprozesses reagieren sechs Moleküle Kohlendioxid und sechs Moleküle Wasser in Gegenwart von Sonnenlicht unter Bildung eines Moleküls Glukose und sechs Molekülen Sauerstoff. Die Rolle von Wasser besteht darin, in seinem Molekül vorhandenen Sauerstoff in Form von O2-Gas an die Atmosphäre abzugeben.
Wasser als Elektronenlieferant
Wasser spielt auch eine andere wichtige Rolle, nämlich die Versorgung mit Elektronen. Bei der Photosynthese spendet Wasser das Elektron, das das Wasserstoffatom (seines eigenen Moleküls) an Kohlenstoff (Kohlendioxid) bindet, um einen Zucker (Glucose) zu bilden.
Wasserphotolyse
Wasser wirkt als Reduktionsmittel, indem es H + -Ionen liefert, die NADP in NADPH umwandeln. Da NADPH ein wichtiges Reduktionsmittel in Chloroplasten ist, führt seine Bildung nach der Oxidation von Chlorophyll zu einem Elektronendefizit. Dieser Verlust muss durch Elektronen eines anderen Reduktionsmittels ersetzt werden. Das Enzym Photosystem II wirkt in den ersten Schritten des Z-Schemas (das Diagramm der Elektronentransportkette bei der Photosynthese), und dann ist ein Reduktionsmittel, das Elektronen abgeben kann, erforderlich, um Chlorophyll zu oxidieren, eine Funktion, die von Wasser ausgeführt wird (das wirkt) als Elektronenquelle in Grünpflanzen und Cyanobakterien). Die freigesetzten Wasserstoffionen erzeugen ein chemisches (chemosmotisches) Potential über der Mitochondrienmembran, das zur Synthese von ATP führt. Photosystem II ist das Enzym, von dem hauptsächlich bekannt ist, dass es bei diesem Wasseroxidationsprozess als Katalysator wirkt.