Першоджерелом енергії на Землі є енергія Сонця. Діапазон сонячного випромінювання, яке досягає земної поверхні, називають видимим або білим світлом; його нижня границя довжини хвилі дорівнює приблизно 400 нм, а верхня - 700 нм. Фотосинтезуючі організми (зелені рослини, водорості, ціанобактерії) мають здатність уловлювати кванти сонячного світла та трансформувати їх у корисну хімічну енергію. Процес фотосинтезу, кінцевою реакцією якого є синтез вуглеводів з СО2, може бути представлений наступним стехіометричним рівнянням:
Таким чином в результаті фотосинтезу протікає:
- відновлення енергією світла низькоенергетичноі' окисненої форми вуглецю (СО2) у високоенергетичну форму
вуглецю у складі вуглеводів, які потім використовуються нефотосинтезуючими організмами як джерело
енергії та вуглецю;
- утворення молекулярного кисню; ця реакція являє собою єдине джерело кисню на Землі.
Існують дві фази процесу фотосинтезу - світлова та темнова.
Світлова фаза включає три процеси:
- початковою реакцією є фотохімічний процес окислювального розщеплення води — фотоокиснення:
- енергія високоенергетичних електронів води використовується спеціалізованою мембранною системою для фосфорилювання АДФ та утворення АТФ у системі фотосинтетичного фосфорилювання; частина енергії електронів відновлює НАДФ+ в реакції фотовідновлення:
НАДФ+ + 2е- + 2Н+> НАДФН + Н+
Темнова фаза - це ферментативна утилізація та перетворення СО2 на вуглеводи: