Процесс фотосинтеза нужен растениям прежде всего для синтеза органических соединений из углекислого газа и воды, который происходит только под воздействием солнечного света. Такое преобразование происходит в на мембране тилакоидов (структурных фотосинтезирующий элементах хлоропластов), где сосредоточены различного рода компоненты фотосинтезирующей цепи. Важнейшую роль в процессах фотосинтеза играют фотосинтезирующие пигменты: хлорофиллы, каротиноиды и у цианобактерий фикобилины. На самом деле свет поглощают все известные пигменты, но только фотосинтетически активные (хлорофиллы группы а) принимают непосредственное участие в фотохимических реакциях. Остальные же зачастую играют вспомогательную роль, они передают поглощенную энергию квантов света активным пигментам, увеличивая тем самым спектр действия фотосинтеза. В целом процесс фотосинтеза представляет собой цепь окислительно-восстановительных реакций, где происходит восстановление углекислого газа до углеводов и окисление воды до свободного кислорода.
Ученые полагают, что фотосинтез возник около 3 миллиардов лет назад, когда атмосфера Земли была намного богаче двуокисью углерода, а кислорода в ней было очень мало, около 0,02%(сейчас-21%). Однако кислород существовал в большом обьеме в виде соединений в минералах и воды. Из них-то первые фотосинтезирующие организмы (цианобактерии) и научились высвобождать кислород, что способствовало образованию озонового экрана и заселению всей поверхности нашей планеты.
Всю совокупность фотосинтетических реакций принято подразделять на 2 фазы: световую (где присутствие светя обязательно) и темновую(которая идет не только ночью,но и днем, просто наличие света в ней не имеет влияния на реакции).
Для световой фазы характерно то, что она происходит на мембране тилакоидов в хлоропластах(ведь мы уже знаем, что именно там содержится необходимый хлорофил). При попадании кванта света на молекулу хлорофилла один из ее электронов оказывается в возбужденном состоянии, в результате чего богатый энергией электрон воспринимается акцептором, т.е. переносчиком электронов(молекулой НАДФ) и поступает в электронтранспортную сеть. Перенос электрона по цепи переносчиков сопровождается высвобождением энергии, которая в этом этапе необходима для фотолиза(окисления) воды и для синтеза АТФ из АДФ и фосфорной кислоты(процесс окислительного фосфолирования). Высвобожденные при фотолизе воды протоны водорода присоединяет к себе акцептор НАДФ и образуется НАДФ*Н. Таким образом, световые реакции фотосинтеза дают два богатых энергией соединения АТФ и НАДФ*Н, а также выделяется молекулярный кислород, как побочный продукт фотолиза воды.
Темновая фаза происходит в строме(внутренней среде) хлоропластов без непосредственного участия солнечного света под контролем различных ферментов . Цепь реакций, приводящих к восстановлению углекислого газа до органических веществ, идет за счет источников энергии АТФ и НАДФ*Н, образованных на предыдущем этапе. Восстановление молекул CO2 начинается с их фиксации на поверхности листа через устьица(отверстия через которые осуществляется газообмен у растений) молекулами акцептора. Затем, путем присоединения к диоксиду углерода акцептора и воды, происходит образование фосфоглицериновой кислоты(ФГК), которая является первым продуктом фотосинтентеза и в дальнейшем образует триозофосфат. А триозофосфат уже служит материалом для образования глюкозы, фруктозы, галактозы и т.д.
