光合成は大きく2つの段階に区別される。１つは炭酸固定系。光エネルギーをクロロフィルが吸収することにより活性クロロフィルになる(励起される)。しかしその状態は不安定なため元のクロロフィルに戻ろうとて、このときに水を酸素(O2)と水素(H2)に分解してNADPH2（ニコチン酸)とＡＴＰ（アデノシン三リン酸）を作りだす。この反応で分解産物として酸素が発生する。NADPH2とＡＴＰはエネルギーのようなもの。

 もう１つの段階は電子伝達系と呼ばれ、NADPH2とATPを利用して、二酸化炭素から種々の糖(炭水化物)がつくられる。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　※光合成の反応過程

光合成が行われるのは葉緑体であり、その中にあるチラコイド膜内で、クロロフィルが光エネルギーを使って水を分解し、プロトン＋酸素分子＋電子を作る。このときにできた電子から、NADP+→（還元）→NADPH2（脱水素に関する補酵素）ができる。さらに、チコライドロマ（葉緑体基質）で、チラコイド反応で得られた、NADPH2とATPを使って二酸化炭素を原料としてブドウ糖（炭水化物）が作られる。この一連の反応を カルビン-ベンソン回路という。

葉緑体(chloroplast)には透過性の良い外部境界膜と、透過性の低い内部境界膜がある。
クロロプラスト(葉緑体)の内部はストロマと呼ばれる。ストロマには高濃度の酵素があり、その半分はリブロースビスリン酸カルボキシラーゼ(Rubisco) である。

※葉緑体図を只今製作中

また、ミトコンドリアと同様に二本鎖の環状DNAや原核細胞型のリボソームが存在する。DNAは約100種のタンパク質をコードしているが、それでも葉緑体で必要な約10%にしか過ぎない。

ストロマ内には膜で包まれたチラコイドという構造物が存在する。チラコイドが10〜100個積み重なり、グラナという構造をとっている。グラナ間はストロマラメラで連結されている。　チラコイド膜はリン脂質の含量が約10%と低く、ガラクトースを含む糖脂質が大部分を占める(80%)。また、脂肪酸は不飽和度が高いため、膜の流動性が高い。

クロロフィル（Chl） a,、b・・・光を受容する受容体
クロロフィルはプロトポルフィリンIXの誘導体で、中心にMg²⁺が配位している。Mg²⁺が配位していないものをフェオフィチンという。

◆クロロフィル a （Chl a）の構造

クロロフィルはプロトポルフィリンIXの誘導体で、中心にMg²⁺が配位している。クロロプラスト(葉緑体)中の大部分のクロロフィルは光を集めるアンテナの役割を果たす。吸収された光子のエネルギーはアンテナクロロフィル間を励起エネルギーとして移動し、アンテナクロロフィルよりも励起エネルギーの低い反応中心クロロフィルに集められる。クロロフィルが吸収できない波長の光を集めるために、カロテノイド（橙色）、フィコエリトロビリン（赤色）、フィコシアノビリン（青色）など他の色の色素も使われる。

反応中心クロロフィルは、タンパク質、電子伝達補因子、クロロフィル二量体からなる複合体である。
 

◆フェオフィチンa (Pheo a)の構造

クロロフィルの分解産物で、クロロフィル中のマグネシウムが2個の水素で置換されたもの。藻類が死ぬとクロロフィルはフェオフィチンに変化する。

※ポルフィリンのうち、真ん中に金属イオンが入っているものを化合物を金属ポルフィリンと言う。金属ポルフィリンはいろんなところに存在している。。例えば、血液のヘモグロビンの活性部位には、鉄ポルフィリンが存在している。また、緑の葉では、クロロフィル（マグネシウムポルフィリンの還元体）が光合成を行っている。金属ポルフィリンの働きや性質は、ポルフィリンの中心に存在する金属イオンの種類や酸化数によって違う。