Fotosintesis w [dari * foto-, sintesis Yunani = komposisi], sintesis senyawa organik berenergi tinggi dari molekul anorganik berenergi rendah dengan bantuan pancaran energi sinar matahari diubah menjadi potensial elektrokimia (cahaya, faktor cahaya; diagram aliran energi [Gbr.]). Bahan awal untuk fotosintesis pada tumbuhan hijau (lihat di bawah) adalah CO2 (karbon dioksida; karbon dioksida) dan H2O (air), dari mana glukosa atau polimer glukosa (= pati) dibuat dengan pelepasan O2 (oksigen).
Rumus molekul yang sesuai untuk fotosintesis adalah: 12 H2O +6 CO2 → C6H12O6 +6 O2 ↑ +6 H2O; ΔG ° ‘= -2880 kJ / Mol Glukosa. Stoikiometri rumus empiris ini (cf. infobox 1) menegaskan pengukuran pertukaran gas tanaman aktif fotosintesis, yang biasanya memiliki hasil bagi asimilasi (hasil bagi asimilasi; = mol O2 yang dilepaskan / mol CO2 yang diserap) sebesar 1.
Fotosintesis dibedakan menjadi dua subproses reaksi terang dan reaksi gelap. Selama reaksi terang, H2O dibagi menjadi 1 / 2O2 dan 2H + dengan pelepasan elektron (fotolisis air). Sementara O2 dilepaskan ke luar, elektron dikirim melalui penyerapan cahaya dalam 2 yang disebut fotosistem (lihat di bawah) melalui rantai transpor elektron NADP + (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate), sehingga tereduksi menjadi NADPH2. Selama transpor elektron ini, energi dilepaskan dan terikat secara kimiawi (energi kimia) melalui pembentukan ATP (adenosin trifosfat; fotofosforilasi).
Dalam reaksi gelap, energi ini digunakan untuk mensintesis senyawa organik berenergi tinggi dari molekul anorganik berenergi rendah (misalnya CO2; asimilasi karbon dioksida), dengan ekuivalen reduksi (reaksi redoks) NADPH2 mengalir pada waktu yang sama (lihat Gambar. 1).
Organisme yang dapat mengubah energi cahaya dan energi terikat kimia melalui fotosintesis adalah semua tumbuhan hijau (tumbuhan musim panas dan tumbuhan jauh, lumut dan alga), cyanobacteria dan beberapa kelompok bakteri (bakteri fototrofik). Yang terakhir, bagaimanapun, terlibat dalam apa yang disebut fotosintesis oksigen karena mereka menggunakan zat selain H2O sebagai donor elektron dan oleh karena itu tidak melepaskan O2. Fotosintesis terjadi pada tumbuhan hijau di organel khusus, kloroplas (bagan warna) (cf. infobox 2), yang menyebabkan berbagai proses reaksi terang di dalam dan pada membran tilakoid, sedangkan reaksi gelap terjadi di stroma.
Reaksi terang:
Kuanta cahaya diserap oleh berbagai pigmen fotosintetik (pigmen antena), yang terikat pada protein dalam membran tilakoid di sekitar yang disebut pusat reaksi (lihat di bawah) dan disebut sebagai kompleks pewarisan cahaya (LHC) (lihat Infobox 3). Semua pigmen fotosintesis masing-masing memiliki spektrum serapan yang khas. Pigmen utama fotosintesis adalah, dengan pengecualian bakteri yang disebut bakterioklorofil, klorofil dan (klorofil [Gambar]). Selain itu, karotenoid, klorofil b atau c, dan phycobilins (phycobiliproteins) dan alga merah dan cyanobacteria diwakili.
Penyerapan kuantum cahaya oleh sistem π-elektron pigmen antena di LHC menyebabkan transisi keadaan dasar ke keadaan tereksitasi (eksitasi). Pigmen dalam LHC diatur sedemikian rupa sehingga keadaan tereksitasi ini dapat ditransfer melalui fluoresensi ke pigmen kedua yang berdekatan. Sifat absorpsi dan emisi diatur sedemikian rupa sehingga spektrum absorpsi pigmen penyerap tumpang tindih dengan spektrum fluoresensi pigmen yang ditransfer. Proses ini berlangsung beberapa kali dengan bertambahnya panjang gelombang hingga energi eksitasi memasuki pusat reaksi (light traps) dengan panjang gelombang serapan maksimum yang paling panjang (680 nm; P680). Di sana, eksitasi sistem π-elektron menyebabkan perubahan drastis pada daya reduksi (potensial redoks) molekul klorofil. Pusat reaksi terletak di membran tilakoid, yang, seperti membran elementer lainnya, hanya dapat ditembus sampai batas tertentu dan bertindak sebagai kapasitor, yang kemudian bermuatan listrik ketika muatan listrik diangkut melintasi membran. Elektron dilampirkan oleh pusat reaksi tereksitasi ke pheophytin di sisi saat ini, yang membawa elektron kembali ke sisi saat ini pada kuinon A dan ini pada kuinon B (kuinon). Kuinon B dapat berdifusi dengan bebas (difusi) bila telah menerima 2 elektron. Kedua elektron ini kemudian (dinetralkan secara alami dengan proton sebagai QB-H2) melalui beberapa pembawa elektron lain (Cytb-f, PC; sitokrom) dan yang kedua, pusat reaksi tetangga (P700) (lihat Gambar 2). Sistem foto ini pertama kali ditemukan dan oleh karena itu disebut PS I, sedangkan P680 disebut PS II. Karena kompleksitas Photosyst yang sangat besar