La fotosintesi è trovata in un'ampia varietà di organismi, tra cui piante, protisti e batteri. Anche alcuni animali e funghi-organismi non normalmente associati con fotosintesi hanno costituito relazioni simbiotiche con organismi fotosintetici, come nel caso di coralli e licheni. Eucarioti come piante e alghe conducono fotosintesi all'interno di organelli specializzati delle cellule chiamati cloroplasti. Assente in batteri, queste strutture sono univoci per gli eucarioti fotosintetici ma ci sembra di essere una connessione tra cloroplasti e batteri chiamati la teoria endosimbionte.
Fotosintesi
Fotosintesi coinvolge due serie di reazioni chimiche per convertire la luce solare in molecole organiche. La prima serie di reazioni, definito le reazioni dipendenti dalla luce, utilizza pigmenti come la clorofilla per catturare la luce solare e creare energia chimica attraverso una serie di reazioni redox su una membrana. La seconda serie di reazioni chimiche, definito le reazioni luce-indipendente, utilizza l'energia chimica dalle reazioni dipendenti dalla luce per guidare le reazioni che fissano l'anidride carbonica in molecole più complesse.
Cloroplasti e reazioni luce-dipendenti
I cloroplasti sono organelli specializzati all'interno di eucarioti utilizzati per la fotosintesi. I cloroplasti contengono pile di membrane chiamate membrane tilacoidali. Incastonato sulla superficie di queste membrane sono fotosistema che ospitano i pigmenti che catturano l'energia dalla luce del sole. Questa energia viene poi trasferita tramite un elettrone eccitato attraverso una serie di molecole anche incorporato sulla membrana. Questa catena di trasporto degli elettroni crea un gradiente protonico all'interno degli spazi interni di queste membrane. Flusso di protoni attraverso la membrana attraverso canali creati dall'enzima ATP sintasi che produce ATP dal flusso di protoni.
Reazioni luce-indipendente
Le reazioni luce-indipendente, spesso chiamate il Calvin Cycle, si verificano all'interno degli spazi che circondano il cloroplasto, definito lo stroma. La Calvin Cycle corregge anidride carbonica ad una molecola di cinque-carbonio (ribulosio-1,5-bisfosfato) per produrre due molecole di tre atomi di carbonio (3-fosfoglicerato). Una delle molecole di tre atomi di carbonio può essere deviata distanza per sintetizzare il glucosio. I passaggi rimanenti della Calvin Cycle utilizzano il restante 3-fosfoglicerato per rigenerare il ribulosio-1,5-bisfosfato necessario all'inizio del ciclo. È questa rigenerazione del ribulosio-1,5-bisfosfato che richiede ATP generato nelle reazioni luce-dipendenti. Una seconda molecola di vettore di energia chiamata NADPH è necessaria anche, ma questo viene generato nelle reazioni luce-dipendenti come il passaggio finale della catena di trasporto degli elettroni.
Endosymbiont teoria
Organelli complessi quali i cloroplasti sono assenti in batteri fotosintetici. Tuttavia, i cloroplasti somiglianze con i batteri. Cloroplasti possiedono il proprio cromosoma circolare indipendente dei cromosomi trovati nel nucleo. I batteri possiedono anche un cromosoma circolare a differenza i cromosomi lineari trovato negli eucarioti. Cloroplasti anche riproducono indipendentemente dalla cellula ospite. Cloroplasti possiedono doppie membrane come con organismi ingeriti - una membrana di host che circonda la membrana plasmatica dell'organismo. Queste ed altre caratteristiche hanno portato alcuni biologi per proporre una teoria endosimbionte dove cloroplasti e mitocondri sono il risultato di un simbionte batterica integrato nelle cellule di eucarioti precoce.