Фотосинтез як хімічне явище являє собою процес, в ході якого відбувається формування органічних сполук при взаємодії води і вуглекислого газу. Неодмінною умовою є протікання процесу на світлі, при безпосередній участі фотосинтетичних речовин. Для рослинного світу такими речовинами є хлорофіл, для бактерій – бактеріохлорофіл.
Ця реакція за своєю природою багатоетапна і носить квантовий характер. Багатоетапність проявляється в тому, що в ході фотосинтезу послідовно протікають процеси прийому, перетворення і використання прийнятої квантової енергії світла. Одним з таких перетворень є процес трансформації вуглекислого газу в органічну речовину. А процесом, в ході якого з’являються енергонасичені молекули і АТФ-з’єднання, називається світлова фаза фотосинтезу. Головною умовою і чинником протікання цієї фази є наявність світлової енергії. Механізм забезпечення такого перетворення як світлова фаза фотосинтезу схематично можна представити таким чином. Хлорофіл, який знаходиться на мембранах в хлоропластах рослин, поглинає світлові потоки сонячної енергії. Потім ця енергія сприяє з’єднанню елементів фосфорної кислоти з елементами молекул АТФ і АДФ. Однак і на цьому робота енергії світла не закінчується.
Крім впливу на процес злиття молекул, ця енергія дає можливість здійснити реакцію розщеплення елементів води. Тут світлова фаза фотосинтезу протікає у вигляді реакції 2H20 = 4H + + 4e-+ O2. Як бачимо, результатом цієї реакції виступає виділився кисень, який потім у вільній формі просто надходить у природне оточення.
Наступним етапом, в ході якого реалізується світлова фаза фотосинтезу, є активізація молекул хлорофілу. У ході цього процесу під впливом квантів світла електрон молекули хлорофілу переміщається на більш високий електронний рівень в структурі молекули. Каталізаторами і переносниками цього електрона виступають елементи білків хлоропласта. Проходячи через деяку послідовність даних білків-переносників, електрон молекули хлорофілу змушений втрачати свою енергію, і витрачається вона на підтримання окислювально-відновного процесу в молекулах АТФ.
Втратили таким чином свою енергію і елементи (електрони), молекули хлорофілу відновлюються за рахунок приєднання електронів, які з’явилися в результаті протікання вже згадуваної вище реакції розщеплення молекули води. Утворений ж водень у процесі цього розщеплення синтезується з іншою речовиною, яке буде здатне виконувати роль його транспортера в межах хлоропласта.
Рослини, природно, існують і в умовах темряви, тобто тоді, коли потік світлової енергії відсутня. Тому відбувається і темновая стадія фотосинтезу, яка здійснюється в просторі, укладеному між оболонкою і тілакоїдамі хлоропласта. Для цієї фази світлова енергія не потрібна, а сама реакція складається з процесів послідовної трансформації молекул вуглекислого газу, що надходять їх атмосферного повітря. Результатом таких перетворень виступає формування молекул глюкози, перш за все, та інших органічних сполук. Такими сполуками є амінокислоти, нуклеотиди, а також всім відомий гліцерин.
Крім поділу на фази фотосинтезу, в науці розглядається класифікація даного природного процесу за типами. Основними з них є С3-фотосинтез, і С4-фотосинтез, при яких утворюються, відповідно, трьох-і четирехуглеродние з’єднання.
