Фотосинтез как химическое явление представляет собой процесс, в ходе которого происходит формирование органических соединений при взаимодействии воды и углекислого газа. Непременным условием является протекание процесса на свету, при непосредственном участии фотосинтетических веществ. Для растительного мира такими веществами являются хлорофилл, для бактерий – бактериохлорофилл.
Эта реакция по своей природе многоэтапная и носит квантовый характер. Многоэтапность проявляется в том, что в ходе фотосинтеза последовательно протекают процессы приема, преобразования и использования принятой квантовой энергии света. Одним из таких преобразований является процесс трансформации углекислого газа в органическое вещество. А процессом, в ходе которого появляются энергонасыщенные молекулы и АТФ-соединения, называется световая фаза фотосинтеза. Главным условием и фактором протекания этой фазы является наличие световой энергии. Механизм обеспечения такого преобразования как световая фаза фотосинтеза схематично можно представить следующим образом. Хлорофилл, который находится на мембранах в хлоропластах растений, поглощает световые потоки солнечной энергии. Затем эта энергия способствует соединению элементов фосфорной кислоты с элементами молекул АТФ и АДФ. Однако и на этом работа энергии света не заканчивается. Помимо воздействия на процесс слияния молекул, эта энергия дает возможность осуществить реакцию расщепления элементов воды. Здесь световая фаза фотосинтеза протекает в виде реакции 2H20 = 4H+ + 4e- + O2. Как видим, результатом этой реакции выступает выделившийся кислород, который затем в свободной форме просто поступает в природное окружение.
Следующим этапом, в ходе которого реализуется световая фаза фотосинтеза, является активизация молекул хлорофилла. В ходе этого процесса под влиянием квантов света электрон молекулы хлорофилла перемещается на более высокий электронный уровень в структуре молекулы. Катализаторами и переносчиками этого электрона выступают элементы белков хлоропласта. Проходя через некоторую последовательность данных белков-переносчиков, электрон молекулы хлорофилла вынужден терять свою энергию, и расходуется она на поддержание окислительно-восстановительного процесса в молекулах АТФ.
Потерявшие таким образом свою энергию и элементы (электроны), молекулы хлорофилла восстанавливаются за счет присоединения электронов, которые появились в результате протекания уже упоминавшейся выше реакции расщепления молекулы воды. Образующийся же водород в процессе этого расщепления синтезируется с другим веществом, которое будет способно выполнять роль его транспортера в пределах хлоропласта.
Растения, естественно, существуют и в условиях темноты, то есть тогда, когда поток световой энергии отсутствует. Поэтому происходит и темновая стадия фотосинтеза, которая осуществляется в пространстве, заключенном между оболочкой и тилакоидами хлоропласта. Для этой фазы световая энергия не нужна, а сама реакция состоит из процессов последовательной трансформации молекул углекислого газа, поступающих их атмосферного воздуха. Результатом таких преобразований выступает формирование молекул глюкозы, прежде всего, и иных органических соединений. Такими соединениями являются аминокислоты, нуклеотиды, а также всем известный глицерин.
Кроме разделения на фазы фотосинтеза, в науке рассматривается классификация данного природного процесса по типам. Основными из них являются С3–фотосинтез, и С4-фотосинтез, при которых образуются, соответственно, трех- и четырехуглеродные соединения.
