Biologisch proces waarbij lichtenergie gebruikt wordt om kooldioxide uit de lucht of het water vast te leggen in organische moleculen
Fotosynthese is het allerbelangrijkste biologische proces op aarde, verantwoordelijk voor verreweg het grootste deel van de biomassaproductie aan de basis van de voedselketen en ook voor de zuurstofconcentratie in de atmosfeer. Fotosynthese wordt uitgevoerd door landplanten, algen en bacteriën. Men schat dat meer dan de helft van het zuurstofgehalte in de lucht afkomstig is van oceanische algen.
De fotosynthese van planten is het meest bekend: lichtenergie wordt door chlorofyl (een groen pigment in de chloroplasten) opgevangen en gebruikt om een protonengradiënt over de binnenmembranen van de chloroplast op te bouwen. Elektronen worden onttrokken aan water (waarbij zuurstofgas ontstaat) en via twee eiwitcomplexen, fotosysteem II en I getransporteerd over de membraan. Met de ontstane elektrochemische gradiënt wordt een ATPase aangedreven dat ATP genereert dat vervolgens gebruikt wordt in de Calvin-cyclus. Daarmee wordt CO$$$_2$$$ uit de lucht gebonden om organische moleculen te maken. Het eerste proces noemt men de lichtreactie, het tweede proces (de eigenlijke koolstoffixatie) de donkerreactie.
Dit schema, waarin een zuurstof genererende lichtreactie gekoppeld is aan de Calvin-cyclus geldt voor hogere planten, algen en Cyanobacteria, maar niet voor alle foto-autotrofe organismen. Een eenvoudiger lichtreactie komt voor bij bacteriën (“bacteriële fotosynthese”) die geen zuurstof genereert en één fotosysteem heeft. Waarschijnlijk is deze anoxygene fotosynthese evolutionair ouder dan de bekende oxygene fotosynthese. De oxygene fotosynthese is ontstaan bij de cyanobacteriën en ongeveer 1,8 miljard jaar geleden na endosymbiose als chloroplast in meerdere hoofdlijnen van de Eukaryota terecht gekomen, o.a. in planten (zie het lemma over oxygene fotosynthese).
