Фотосинтез у растений — процесс, при котором происходят поглощение электромагнитной энергии солнца хлорофиллом и вспомогательными пигментами и превращение ее в химическую энергию, поглощение углекислого газа из атмосферы, восстановление его в органические соединения и выделение кислорода в атмосферу.
Синтезированные органические соединения служат основным источником энергии для биосферы. Таким образом, зеленые растения являются первоисточником существования и развития жизни на Земле.
Процесс синтеза органического вещества за счет углерода в живой природе осуществляется с помощью фотосинтеза растений, бактериального фотосинтеза и хемосинтеза.
Фотосинтез растений мог возникнуть лишь на определенном этапе существования и развития жизни на Земле как дальнейшее усложнение и развитие менее совершенных форм фиксации углекислого газа. Очевидно, типы ассимиляции СО2 в процессе эволюции обмена веществ развивались от гетеротрофного к автотрофному (фотосинтезу) через хемотрофию, фоторедукцию. Углекислый газ, присоединяясь к какому-либо органическому радикалу, входит в состав карбоксильной группы, которая восстанавливается у гетеротрофов за счет энергии экзэргонических реакций, а у автотрофов — за счет энергии солнца. Восстановленный углерод включается в обмен веществ и различные типы биосинтеза.
Фотосинтез — основной источник энергии, используемой человеком. Значительная ее часть (96%) употребляется с продуктами питания, в технике, быту, и лишь 4% принадлежит энергии рек, ветра (в приведенных данных не учтены атомная энергия и энергия радиоактивных элементов).
В растении образуются различные органические вещества — крахмал, белки, жиры и другие богатые энергией продукты, поэтому можно сказать, что в зеленом листе откладывается в запас солнечная энергия, трансформированная в различных органических продуктах. К. А. Тимирязев писал, что зеленый лист, или, вернее, микроскопическое зеленое зерно хлорофилла, является фокусом, точкой в мировом пространстве, в которую с одного конца притекает энергия солнца, а с другого — берут начало все проявления жизни на Земле. Растение — настоящий Прометей, похитивший огонь с неба. Каждый луч солнца, не уловленный зеленой поверхностью поля, луга или леса, — это богатство, потерянное навсегда. В классических произведениях К. А. Тимирязева ярко показаны космическая роль зеленых растений, их борьба с рассеиванием энергии, энтропией.
Таким образом, фотосинтез является основным источником энергии на Земле. Процесс превращения солнечной энергии с помощью хлорофилла и с участием углекислого газа и воды в потенциальную химическую энергию впервые был назван фотосинтезом в 1877 г. Фотосинтез как процесс жизнедеятельности зеленого растения — единственный процесс в биосфере, связанный с накоплением энергии от внешнего источника — солнца. Это явление природы составляет одно из основных звеньев биологического круговорота веществ. Обычно процесс фотосинтеза выражают элементарным уравнением
Углекислый газ поступает в растения из воздуха, превращаясь с помощью лучистой энергии солнца в сложные высоко-энергетические органические соединения, которыми питается животный мир. Животные, используя потенциальную энергию органических веществ, снова освобождают углекислый газ. Согласно современным представлениям, приведенное выше уравнение фотосинтеза можно изобразить в виде схемы:
Следовательно, фотосинтез состоит из двух сопряженных: систем реакций: окисления воды до кислорода и восстановления углекислого газа водородом воды до полисахаридов.