光合作用是植物、某些细菌和藻类利用光能将水和二氧化碳转化为有机物和氧气的过程。这一过程对于地球上的生命至关重要，是大多数生态系统能量流的基础。以下是光合作用的详细过程，通常分为两个阶段：光反应和暗反应（也称为光合作用的光依赖阶段和光合作用的光独立阶段或Calvin循环）。
光反应
光反应发生在植物细胞中的叶绿体的类囊体膜上。这一阶段需要光能。
光能的吸收：
- 光合色素（主要是叶绿素）吸收太阳光中的光能。
- 吸收的光能使得叶绿素分子中的电子能量升高。
电子传递链：
- 高能电子通过一系列蛋白质复合体（如光合系统II和光合系统I）进行传递。
- 电子传递过程中释放的能量用于泵送质子（H⁺）穿过类囊体膜，形成质子梯度。
ATP的生成：
- 质子通过ATP合酶回到类囊体基质中，这一过程驱动ATP的合成。
NADPH的生成：
- 光合系统I中的电子最终被NADP⁺+ H⁺接受，形成NADPH。
水的光解：
- 为了补充电子传递链中失去的电子，水分子被分解成氧气、质子和电子（2H₂O → 4H⁺ + 4e⁻ + O₂）。
暗反应（Calvin循环）
暗反应发生在叶绿体的基质中，这一阶段不需要光照，但依赖于光反应产生的ATP和NADPH。
二氧化碳的固定：
- 二氧化碳与一个5碳糖（磷酸核糖）结合，在酶RuBisCO的作用下形成两个3碳的3-磷酸甘油酸（3-PGA）。
还原阶段：
- ATP提供能量，NADPH提供还原力，将3-PGA还原成磷酸甘油醛（G3P）。
再生磷酸核糖：
- 大多数G3P分子用于生成葡萄糖等有机物，而一部分G3P分子则用来再生磷酸核糖，以维持Calvin循环的持续运转。
糖的生成：
- 通过一系列的酶促反应，G3P最终转化为葡萄糖等碳水化合物，这些有机物可以被植物用于生长、结构和能量储存。
整个光合作用过程可以用以下简化方程式表示：
这个过程不仅为植物自身提供了能量和生长所需的有机物，而且通过释放氧气，为其他生物提供了生存的基础。同时，光合作用也是地球碳循环的重要组成部分。
