Фотосинтез - це процес поглинання організмами світловий сонячної енергії і перетворення її в хімічну енергію. Крім зелені рослини, водоростей до фотосинтезу здатні і інші організми - деякі найпростіші, бактерії (ціанобактерії, пурпурові, зелені, галобактеріі). Процес фотосинтезу у цих груп організмів має свої особливості.
При фотосинтезі під дією світла з обов'язковою участю пігментів (хлорофілу - у вищих рослин і бактериохлорофилла - у фотосинтезуючих бактерій) з вуглекислого газу і води утворюється органічна речовина. У зелених рослин виділяється при цьому кисень.
Всі фотосинтезуючі організми називаються фототрофів, оскільки для отримання енергії вони використовують сонячне світло. За рахунок енергії цього унікального процесу існують всі інші, гетеротрофні організми на нашій планеті (див. Автотрофи, Гетеротрофи).
Процес фотосинтезу йде в пластидах клітини - хлоропластах. Компоненти фотосинтезу - пігменти (зелені - хлорофіли і жовті - каротиноїди), ферменти і інші сполуки - впорядковано розташовуються в мембрані тилакоїдів або стромі хлоропласта.
Молекула хлорофілу має систему зв'язаних подвійних зв'язків, завдяки чому при поглинанні кванта світла вона здатна перейти в збуджений стан, т. Е. Один з її електронів змінює своє положення, піднімаючись на більш високий енергетичний рівень. Це збудження передається так званої основної молекулі хлорофілу, яка здатна до поділу заряду: віддає електрон акцептору, який відправляє його по системі переносників в електронно-транспортний ланцюг, де електрон віддає енергію в окисно-відновних реакціях. За рахунок цієї енергії протони водню «перекачуються» із зовнішнього боку мембрани тилакоїдів на внутрішню. Утворюється різниця потенціалів водневих іонів, енергія якої йде на синтез АТФ (див. Аденозінтріфос-Форн кислота (АТФ). Освіта АТФ в процесі фотосинтезу називається фотофосфо-рілірованіем на відміну від окисного фосфорилювання, т. Е. Освіти АТФ за рахунок процесу дихання.
Молекула хлорофілу, віддаючи електрон, окислюється. Виникає так звана електронна недостатність. Щоб процес фотосинтезу не переривати, вона повинна бути відшкодована іншим електроном. Звідки ж він береться? Виявляється, джерело електронів, а також протонів (пам'ятаєте, вони створюють різницю потенціалів по обидві сторони мембрани) - вода. Під дією сонячного світла, а також за участю особливого ферменту зелене рослина здатна фотоокіслять воду:
Отримані таким чином електрони заповнюють електронну недостатність в молекулі хлорофілу, протони же йдуть на відновлення НАДФ (активної групи ферментів, що транспортують водень), утворюючи ще один енергетичний еквівалент НАДФ • Н на додаток до АТФ. Крім електронів і протонів при фотоокислення води утворюється кисень, завдяки якому атмосфера Землі придатна для дихання.
Енергетичні еквіваленти АТФ і НАДФ • Н витрачають свою енергію макро-ергічні зв'язків на потреби клітини - на рух цитоплазми, транспорт іонів через мембрани, синтез речовин і т. Д. А також забезпечують енергією темнові біохімічні реакції фотосинтезу, в результаті яких синтезуються прості вуглеводи і крохмаль. Ці органічні речовини служать субстратом для дихання або витрачаються на ріст і накопичення біомаси рослини.
Продуктивність сільськогосподарських рослин тісно пов'язана з інтенсивністю фотосинтезу.