Фотосинтез — бұл өсімдіктердің жасыл жапырақтарында судан және атмосферадағы көмір қышқылы газынан хлоропластардағы хлорофиллдер сіңірген күн (жарық) энергиясын пайдалана отырып органикалық қосылыстарды синтездеу. Фотосинтез арқасында көрінетін жарықтың энергиясын ұстау және оны фотосинтез кезінде түзілетін органикалық заттарда сақталатын (қорланатын) химиялық энергияға айналдыру жүреді. Фотосинтездің маңызы өте зор. Тек, оның барлық тірінің тіршілік етуіне қажетті отын (энергия) мен атмосфералық оттекті жеткізетінін айтсақ та жеткілікті. Демек, фотоситездің рөлі әлемдік болып табылады. Фотосинтездік элемділігі сол ол оттек пен сутектің (негізінен) айналымы арқасында қазіргі атмосфераның құрамын ұстап тұрады, ол өз кезегінде Жер бетінде тіршіліктің әрі қарай жалғасуын айқындайды. Әріқарай, фотосинтез өнімдерінде қорланатын, ол шындығында, энергияның негізгі көзі, қазіргі адамзат баласы ие болып отырған энергия жайында да айта кеткен орынды.
Фотосинтез жасыл өсімдіктердің клеткаларының хлоропластарында болатын хлорофилл пигментімен жарықты ұстау және сіңірілуінен басталады. Жарық хлорофилл молекуласына түскенде, оның электрондарының біреуі қозу жағдайында болады. Басқаша айтқанда, ол біршама жоғарғы энергетикалық деңгейге көшеді. Қозған электрондар басқа молекуларымен эрі қарай беріледі, нәтижесінде акцептор-молекуланың бос энергиясы артады, ал хлорофилл молекуласында түзілген «зиян» судан түсетін электронмен толығады. Бұл кезде су тотығады, нәтижесінде молекулалық оттек бөлінеді. Сонымен хлорофилл молекулаларында жарық энергиясы электрондарды біршама жоғары энергетикалық деңгейге көшіреді. Хлорофилл электрон жолындағы судың молекулаларындағы төменгі энергетикалық деңгейден электрондардың соңғы акцепторындағы жоғарғы энергетикалық деңгейдің аралық қосылыстары болып табылады.
Электрондардың жоғарғы энергетикалық деңгейге ауысуына хлоропластарда болатын екі фотожүйе қатысады, олар хлорофилл мен алыстағы қызыл жарықпен (-700 нм) белсенділінетін ерекше белоктар — фотожүйе I және қызыл жарықпен бірге біршама жоғарғы энергиямен (-650 нм) белсенділінетін фотожүйе II, яғни бұл ауысу жарықты пайдаланған кезде екі сатыда өтеді. Бұл сатыларда жүретін реакциялар жарық реакциялары деген атқа ие. Екі фотожүйе де бір-бірімен электрондар алмасатын жүйемен байланысқан.
Фотожүйе I деңгейінде хлорофилл молекулалары өздерінің энергияға бай электрондарын ферредоксин арқылы никотин-амидаденин-динуклеотидфосфатқа (НАДФ) береді, осының нэтижесінде ол НАДФЧН-ға тотықсызданады, тотықсызданған формада атмосфералық С02 тотықсыздану жолымен глюкоза түзуге қажетті электрондарды өз бетінше жеткізуге қабілетті. НАДФЧН-ға электрондар өткеннен кейін хлорофилл молекулаларынан ерекше «зияндар» ғана қалады. Фотожүйе II деңгейінде хлорофиллдің энергияға бай қозған электрондары электрондар тасымалдау жүйесіне беріледі, ал хлорофилл молекулаларында түзілген «зияндар» «кеткен» электрондардан кейін энергияға кедей электрондармен алмасады, олар молекулалық оттек түзетін тотыққан судан түседі. Электрондар тасымалдайтын тізбек құрайтын бірқатар қосылыстардан өтіп, электрондар энергияға бай фотожүйе ІІ-ден, ақыры соңында хлорофиллде жоғалтқан электрондарды фотожүйе I -ден алмасады.
Электрондарды тасымалдау тізбегінде бірнеше тотығутотықсыздану реакциялары жүзеге асады, олардың эрқайсысында электрондар біршама төмен энергетиклық деңгейге өтеді. Электронды тасымалдау тізбегі арқылы өткен кезде жоғалатын энергияның бір бөлігі АДФ мен неорганикалық фосфаттан АТФ синтезделінуін қамтамасыз етуге жұмсалады. АТФ молекулаларының синтезі, сол сияқты, фотожүйе І-н байланысты деп санайды, онда циклді электрондар ағысы болады, оның мәні сол, акцептормен ұсталған электрондар цитохром В арқылы хлорофиллге қайтады. Бұл кезде электрондар тасымалдау жүйелерінің реакцияларында босаған энергия, оларда электрондар «төмен» қозғалады, АТФ молекулаларының синтезі ретінде қорланады.
Фотосинтездің жарық реакцияларының нэтижесінде жоғарғы энергетикалық АТФ және тотықсызданған НАДФ түзіледі, олар соңғыларын энергиямен жабдықтайды, бұл күңгірт реакциялар деп аталады, бұлар жарықсыз өтеді жэне ақыр соңында атмосфералық С02-ң қанттарға дейін тотықсыздануына алып келеді. Бұл жерде энергия көзі АТФ болып табылады, ал тотықсыздандыру агенті — электрондарды фотосинтездік тасымалдау реакцияларында синтезделетін НАДФ-Н. С02-ң тотықсыздану процесі катализденетін рибулозобисфосфаткар-боксилазаның осы қосылыстың молекулаларын акцептор молекулаларымен тіркелуінен басталады және көміртек атомдарының бірқатар бірінен кейін бірі жүретін реакцияларға қатысуымен жүреді, ол С02-ның әрбір тіркелген алты молекуласына глюкозаның бір молекуласының түзілуіне алып келеді, осыған орай СО0-ның бір молекуласының байлануы НАДФ-Н-ның екі молекуласының шығыны қамтамасыз етеді.
Жоғарыда айтылғандай, күңгірт реакцияларға қажетті энергия мен электрондарды АТФ және тотықсызданған НАДФ жеткізеді, олар жарық реакцияларында түзіледі. Сонымен жарық реакцияларынан түзілген химиялық энергия күңгірт реакциялар процесінде глюкоза молекулаларында тұрақтанады. Ақыр соңында глюкозадан крахмал түзіледі, ол оның жоғары молекулалы полимері болып табылады, онда қорланған көміртектің атомдары да, энергия да болады. Полимерленген глюкоза целлюлозаны түзейді. Жер жүзінің жасыл өсімдіктерінің жапырақтарында және суқоймаларындағы фитопланктонда жыл сайын 150 млр.-қа жуық тонна органикалық заттар синтезделінетіні және атмосфераға 200 млрд.-қа жуық тонна оттек бөлінетіні есептелген. Фотосинтездің төркіні өте тереңде. Көміртек айналымы, яғни фотосинтез, бұдан 3,5 х 109 жыл бұрын болған деп жорамалдайды.