Fotosynteza jest procesem w wyniku którego zasymilowany dwutlenek węgla zostaje wbudowany w związki organiczne. Na fotosyntezę składa się szereg reakcji, do przebiegu których niezbędna jest energia promieniowania słonecznego oraz woda. Produktem ubocznym( poza związkami organicznymi ) fotosyntezy jest tlen.

Zdolność do przeprowadzania fotosyntezy mają jedynie rośliny zielona oraz niektóre gatunki bakterii. Fotosynteza odbywa się w wyspecjalizowanych organellach - chloroplastach , które zawierają barwniki fotosyntetyczne. Barwniki te różnią się między sobą rodzajem fali ( długością ) promieniowania słonecznego jaką pochłaniają . Bakterie fotosyntetyczne używając do procesów fotosyntezy barwnika zwanego bakteriochlorofilem.

Ogólny zapis procesu fotosyntezy :

6CO2 + 6H2O + Energia świetlna → C6H12O6 + 6O2

Fotosyntezę można podzielić na dwa etapy :

- fazę jasną fotosyntezy

- fazę ciemną fotosyntezy.

Faza jasna zależna jest od promieniowania słonecznego, w związku z tym zachodzi w dzień.

Ten etap fotosyntezy przebiega w spłaszczonych pęcherzykach zbudowanych z błony cytoplazmatycznej występujących wewnątrz chloroplastów. Pęcherzyki te to tylakoidy, zawierają one barwniki fotosyntetyczne, które pochłaniają kwanty światła słonecznego. Pochłonięcie energii przez chlorofile powoduje wybicie z niego elektronu ,który przekazywany jest na ciąg przenośników elektronowych. Przechodząc przez te przenośniki elektron traci energię ,która gromadzona jest w wysokoenergetycznych wiązaniach cząsteczki ATP. W fazie jasnej fotosyntezy dochodzi także do fotolizy wody, w wyniku czego powstają protony wodorowe przyłączające się do NADP . Cząsteczka NADP ulega zredukowaniu do formy NADPH. Wytworzona siła asymilacyjna w postaci ATP i NADPH używana jest w fazie ciemnej fotosyntezy.

W fazie ciemniej zużywana jest energia skumulowana w ATP i NADPH ponieważ nie jest dostarczana w tym czasie energia słoneczna. Etap ten zachodzi w przestrzeni między tylakoidami chloroplastów, czyli w stromie. W fazie ciemnościowej dwutlenek węgla wbudowywany jest w cząsteczki organiczne. Pierwotnym akceptorem CO2 jest rybulozobisfosforan. ( RuBP ).W ciągu kilku reakcji z RuBP i dwutlenku węgla powstaje trójwęglowy związek organiczny - aldehyd 3-fosfoglicerynowy. Cykl przemian CO2 do aldehydu nazywamy cyklem Calvina. Energia niezbędna w tym cyklu dostarczana jest z ATP i NADPH. Aldehyd 3 - fosfoglicerynowy jest produktem do syntezy złożonych związków organicznych ( przede wszystkim glukozy ).

Niektóre gatunki roślin ( żyjące w klimacie suchym ) charakteryzują się fotosyntezą typu C4, co oznacza ,że pierwszy produktem asymilacji dwutlenku węgla jest związek czterowęglowy, czyli kwas jabłczanowy. Zdecydowana większość roślin przeprowadza fotosyntezę C3 (produktem asymilacji CO2 jest aldehyd ).

Charakterystyka chlorofilu.

Chlorofil jest podstawowym barwnikiem fotosyntetycznym, który występuje w kilku odmianach. Odmiany te różnią się między sobą długością fali jaką pochłaniają. W tylakoidach najczęściej występują dwa rodzaje chlorofilu : chlorofil p680 ( tworzący fotosystem PS 680 ) oraz chlorofil p700 ( tworzący fotosystem PS 700 ).

Chlorofile te można rozróżnić, ponieważ posiadają różną barwę w zależności od światła jakie pochłaniają. Chlorofil pochłaniający światło czerwone i fioletowe posiada barwę niebiesko- zieloną , zaś chlorofil absorbujący przede wszystkim światło pomarańczowe i niebieskie charakteryzuje się barwą żółto- zieloną .

Chlorofil ma dość skomplikowaną budowę. Jego cząsteczkę tworzy kompleks czterech pierścieni pirolowych oraz atom magnezu. Grupy kwasowe w chlorofilu zestryfikowane są dwoma alkoholami : fitolem i metanolem. Naturalny chlorofil występuje w dwóch formach różniących się grupami funkcyjnymi w pierścieniu pirolowym. Chlorofil wchodzi w skład białka - chloroplastyny , stanowiąc jej grupę prostetyczną.

Charakterystyka pozostałych barwników roślinnych.

W komórkach roślinnych występuje wiele barwników, z których tylko część uczestniczy w fotosyntezie. Pozostałe nadają charakterystyczną barwę tkankom, płatkom kwiatowym oraz owocom. Barwniki fotosyntetyczne występują w błonach tylakoidów chloroplastowych albo w chromatoforach prostszych organizmów fotosyntetyzujących.

Glony posiadają specyficzne barwniki fotosyntetyzujące, w zależności na od głębokości na jakiej przeprowadzają fotosyntezę. Do barwników glonów należą m.in. fikobilina (niebieska ) , fukoksantynę ( brunatna), fikoerytryna ( czerwona ).

Barwniki nie uczestniczące w fotosyntezie obecne są w cytoplazmie, w soku komórkowym zgromadzonym w wakuolach a także w plastydach. Do barwników tego typu należą ksantofile, karotenoidy i flawonoidy odbijające światło od żółtego do czerwonego. Barwniki te nadają barwę płatkom kwiatów pierwiosnka i jaskra żółtego oraz komórkom budujących korzenie marchwi. Za barwę kwiatów m.in. groszku i niezapominajki odpowiedzialne są barwniki antocyjanowe , które w naturalnej postaci mają barwę czerwoną . Jednak ich barwa może ulec zmianie pod wpływem zmiany kwaśności soku komórkowego oraz podłoża na którym rośnie roślina.

Flawonoidy i antocyjany charakteryzują się podobną budową chemiczną. W związku z tym u roślin, które posiadają obydwa rodzaje barwników możliwe jest występowanie kwiatów o barwie niebieskiej, żółtej i czerwonej. Biała barwa niektórych kwiatów związana jest z występowaniem w ich tkance pęcherzyków powietrza , które całkowicie odbijają światło słoneczne.