Het proces waarbij fotoautotrofe organismen de energie uit zonlicht gebruiken om voedingsstoffen zoals suikers te produceren noemen we fotosynthese. Hierbij wordt gebruikt een plant de energie uit zonlicht om met behulp van CO2 uit de atmosfeer koolwaterstoffen zoals suikers en vetten te maken.
Het proces van fotosynthese is hieronder schematisch weergegeven:
Zoals je ziet komt bij dit proces zuurstof vrij. De beginproducten voor de fotosynthesereactie zijn water en koolstofdioxide. De eindproducten zijn zuurstof en koolwaterstoffen, met name glucose (C6H12O6). De fotosynthesereactie is dus als volgt samen te vatten:
Heterotrofe organismen, zoals de mens, halen hun energie uit de verbranding van suikers, zoals glucose, en zuurstof. Bij dit proces komen water en koolstofdioxide vrij.
Zoals je ziet produceren autotrofe organismen de moleculen die heterotrofe organismen nodig hebben om te kunnen bestaan en produceren autotrofe organismen juist de moleculen die heterotrofe organismen nodig hebben om te bestaan. Beide groepen organismen zijn hierdoor op een complexe manier met elkaar verbonden; de ene groep heeft de andere nodig. Deze wederzijdse afhankelijkheid wordt ook wel de koolstofkringloop genoemd en kan als volgt worden samengevat:
Autotrofe organismen gebruiken de fotosynthesereactie om adeninetrifosfaat (ATP) en Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate (NADPH) te produceren. Deze twee stoffen zijn de belangrijkste energiedragers in alle levende wezens, van bacteriën tot de mens. Het is de brandstof van de biologie; de benzine van de levende natuur. Zonder ATP en NADPH is elke vorm van leven op Aarde onmogelijk. Ook heterotrofe organismen produceren ATP en NADPH, maar gebruiken hiervoor de omgekeerde fotosynthesereactie. Elke dag produceert een mens ongeveer zijn eigen gewicht in ATP, terwijl de totale hoeveelheid ATP in het lichaam op een willekeurig moment slechts 50 gram bedraagt. Een cel is dus constant bezig ATP aan te maken en gebruikt het constant om aan de energiebehoefte te voldoen.
ATP. De brandstof van de levende natuur.
Een plant heeft de geproduceerde brandstoffen niet altijd direct nodig. Daarnaast kan een plant wanneer het donker wordt geen ATP en NADPH meer produceren. Daarom gebruikt de plant de energie uit beide stoffen om suikers en vetten te produceren. Wanneer het donker is, of in periodes van schaarste, kan een plant deze suikers weer gebruiken om ATP en NADPH te produceren. De koolstofatomen die hiervoor nodig zijn haalt een plant uit CO2 uit de atmosfeer.
Fotosynthese bestaat eigenlijk uit twee verschillende delen. Deze worden ook wel de licht- en de donkerreacties genoemd. In de lichtreacties produceert een plant de ATP en NADP die in de donkerreacties worden gebruikt om met behulp van CO2 uit de atmosfeer suikers te maken.
De termen licht- en donkerreacties zijn eigenlijk vrij ongelukkige termen. Met name de term donkerreactie impliceert dat deze alleen maar in het donker plaats vindt. Dat is niet het geval. Ook wanneer een plant in het licht staat zal hij suikers produceren.