ทำไมน้ำจึงมีความสำคัญต่อการสังเคราะห์แสง?

เนื้อหา

• การสังเคราะห์แสงในอดีต
• บทบาทของน้ำในการสังเคราะห์ด้วยแสง
• น้ำเป็นตัวจัดหาออกซิเจน
• น้ำเป็นตัวจัดหาอิเล็กตรอน
• โฟโตไลซิสของน้ำ

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการทางชีวเคมีที่สำคัญซึ่งเกี่ยวข้องกับการผลิตน้ำตาล (กลูโคส) จากแสงแดดน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์โดยปล่อยออกซิเจน เป็นชุดของปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่ซับซ้อนและเกิดขึ้นในพืชสาหร่ายแบคทีเรียบางชนิดและโฟโตโทรฟ สิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมดขึ้นอยู่กับกระบวนการนี้ อัตราการสังเคราะห์แสงสัมพันธ์กับความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อุณหภูมิและความเข้มของแสงแดด กระบวนการนี้สร้างพลังงานจากโฟตอนที่ดูดซับโดยมีน้ำเป็นตัวรีดิวซ์

การสังเคราะห์แสงในอดีต

ด้วยการถือกำเนิดของสิ่งมีชีวิตบนโลกกระบวนการสังเคราะห์แสงจึงเริ่มขึ้น เนื่องจากความเข้มข้นของออกซิเจนมีค่าเล็กน้อยการสังเคราะห์แสงครั้งแรกจึงเกิดขึ้นโดยใช้ไฮโดรเจนซัลไฟด์และกรดอินทรีย์ในน้ำทะเล อย่างไรก็ตามระดับของวัสดุเหล่านี้ไม่เพียงพอที่จะสังเคราะห์แสงต่อไปได้เป็นเวลานานดังนั้นจึงมีวิวัฒนาการของการใช้น้ำแทนสารประกอบอื่น ๆ การสังเคราะห์ด้วยแสงประเภทนี้โดยใช้น้ำทำให้เกิดการปลดปล่อยออกซิเจน ดังนั้นความเข้มข้นของออกซิเจนในบรรยากาศจึงเริ่มเพิ่มขึ้น วัฏจักรที่ไม่มีที่สิ้นสุดนี้ทำให้โลกอุดมไปด้วยออกซิเจนซึ่งทำให้การมีอยู่ของระบบนิเวศขึ้นอยู่กับองค์ประกอบนี้

บทบาทของน้ำในการสังเคราะห์ด้วยแสง

ในระดับพื้นฐานน้ำจะให้อิเล็กตรอนเพื่อแทนที่อิเล็กตรอนที่ถูกกำจัดออกจากคลอโรฟิลล์ใน photosystem II นอกจากนี้ยังผลิตออกซิเจนเช่นเดียวกับการลด NADP เป็น NADPH (จำเป็นสำหรับวัฏจักรของ Calvin) โดยการปล่อยไอออน H +

น้ำเป็นตัวจัดหาออกซิเจน

ในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงคาร์บอนไดออกไซด์หกโมเลกุลและน้ำหกโมเลกุลจะทำปฏิกิริยาต่อหน้าแสงแดดเพื่อสร้างกลูโคสหนึ่งโมเลกุลและออกซิเจนหกตัว บทบาทของน้ำคือการปล่อยออกซิเจนที่มีอยู่ในโมเลกุลของมันสู่ชั้นบรรยากาศในรูปของก๊าซ O2

น้ำเป็นตัวจัดหาอิเล็กตรอน

น้ำยังมีหน้าที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งนั่นคือการจ่ายอิเล็กตรอน ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงน้ำจะบริจาคอิเล็กตรอนที่เชื่อมอะตอมไฮโดรเจน (ของโมเลกุลของตัวเอง) กับคาร์บอน (ของคาร์บอนไดออกไซด์) เพื่อสร้างน้ำตาล (กลูโคส)

โฟโตไลซิสของน้ำ

น้ำทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์โดยให้ H + ไอออนที่แปลง NADP เป็น NADPH เนื่องจาก NADPH เป็นตัวรีดิวซ์ที่สำคัญที่มีอยู่ในคลอโรพลาสต์การก่อตัวจึงส่งผลให้เกิดการขาดอิเล็กตรอนหลังจากการออกซิเดชั่นของคลอโรฟิลล์ การสูญเสียนี้จะต้องถูกแทนที่ด้วยอิเล็กตรอนจากตัวรีดิวซ์อื่น ๆ photosystem II ของเอนไซม์ทำหน้าที่ในขั้นตอนแรกของโครงร่าง Z (แผนภาพของห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนในการสังเคราะห์ด้วยแสง) จากนั้นตัวรีดิวซ์ที่สามารถบริจาคอิเล็กตรอนเป็นสิ่งจำเป็นในการออกซิไดซ์คลอโรฟิลล์ซึ่งเป็นฟังก์ชันที่ทำโดยน้ำ (ซึ่งทำหน้าที่ เป็นแหล่งของอิเล็กตรอนในพืชสีเขียวและไซยาโนแบคทีเรีย) ไอออนของไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาจะสร้างศักยภาพทางเคมี (ทางเคมี) ข้ามเยื่อไมโตคอนเดรียซึ่งส่งผลให้เกิดการสังเคราะห์ ATP Photosystem II เป็นเอนไซม์ที่รู้จักกันดีว่าทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการออกซิเดชั่นของน้ำนี้