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La fotosintesi è un processo mediante il quale, a partire da anidride carbonica e acqua (in casi particolari, altri composti) e con l'utilizzazione della luce solare quale fonte di energia, vengono prodotti glucosio e ossigeno. Gli organismi capaci di svolgere la fotosintesi sono detti fotosintetici; comprendono organismi procarioti (alcuni gruppi di batteri e i cianobatteri), e organismi eucarioti (alcuni protozoi, alghe uni- e pluricellulari, piante).
La reazione fotosintetica viene mediata dal pigmento clorofilla, di colore verde, e da altri pigmenti accessori (carotenoidi e ficobiline). Le molecole di pigmento si trovano sempre associate a membrane che, nel caso dei batteri fotosintetici, sono introflessioni della membrana che riveste la cellula, mentre negli eucarioti sono presenti all’interno di organuli detti cloroplasti. Nelle piante la fotosintesi avviene a livello delle parti verdi, cioè principalmente nelle foglie e nei giovani fusti non ancora ricoperti dal legno.
La fotosintesi fornisce agli organismi zuccheri semplici che possono essere immediatamente utilizzati, mediante la respirazione cellulare, come fonte di energia per il metabolismo, oppure immagazzinati per essere utilizzati successivamente. Nelle piante le riserve sono rappresentate da amido, che viene accumulato nel parenchima di organi come le radici o i tuberi. Poiché, dunque, gli organismi fotosintetici non devono introdurre con l'alimentazione (come invece gli animali) le molecole da cui trarre energia, ma sono in grado di sintetizzarle da soli, essi sono considerati autotrofi.
Attraverso il processo di fotosintesi l'energia solare viene trasformata in energia chimica, che è rappresentata dall'energia dei legami chimici delle molecole ottenute con questo processo.
Tutto il processo della Fotosintesi può essere riassunto in questa equazione:
Le reazioni della fotosintesi si svolgono in due stadi: nel primo stadio, ossia nelle reazioni luce-dipendenti (o Fase Luminosa), la luce colpisce le molecole di Clorofilla a che sono ammassate nelle membrane dei tilacoidi con una disposizione del tutto particolare. gli elettroni delle molecole della Clorofilla a sono spinti a livelli di energia maggiore e le molecole di Clorofilla a si ossidano. Attraverso una serie di reazioni e tappe, l'energia trasportata da questi elettroni viene usata per formare ATP a partire da ADP e per ridurre una molecola di NADP+. Il NADP+ assomiglia molto al NAD+ e anch'esso si riduce tramite l'aggiunta di due elettroni e un protone, formando NADPH. In questo stadio della fotosintesi avviene anche la scissione delle molecole d'acqua mediante cui si liberano ioni H+, ossigeno gassoso e gli elettroni necessari a sostituire quelli perduti dalle molecole di Clorofilla a.
Nel secondo stadio della fotosintesi, ossia nelle reazioni luce-indipendenti (o Fase Buia), l'ATP e il NADPH che si sono formati nel primo stadio vengono utilizzati per ridurre l'anidride carbonica e sintetizzare zuccheri. Contemporaneamente si forma uno scheletro carbonioso con cui si possono costruire altre molecole organiche; questa incorporazione di anidride carbonica in composti organici, che avviene nello stroma del cloroplasto, è detta fissazione del carbonio e implica una serie di reazioni conosciuta come ciclo di Calvin.
L'anidride carbonica necessaria alla seconda fase della fotosintesi (fase oscura) penetra nelle foglie e nei tessuti fotosintetici attraverso gli stomi.
