Die Photosynthese stellt die Grundlage unseres Lebens dar, da sie von fast allen Produzenten genutzt wird, um durch die Energie der Sonnenstrahlung energiereiche organische Verbindungen wie zum Beispiel Glukose aufzubauen. Die Photosynthese findet in den Chloroplasten der Pflanzen statt. Unterschieden wird dabei in die lichtabhängige Reaktion, bei der Energie in Form von ATP und NADPH + H⁺ gespeichert wird und in die lichtunabhängige Reaktion, bei der die Energie von ATP und NADPH + H⁺ auf ein Zuckermolekül übertragen wird.

Die Chloroplasten sind diejenigen Strukturen in einer pflanzlichen Zelle, welche die Pflanze dazu befähigen Photosynthese zu betreiben. Sie sind von einer Doppelmembran umgeben. Innerhalb dieser lassen sich zwei Strukturen voneinander abgrenzen: das Stroma und die Thylakoide.

Die Thylakoide sind Innenausstülpungen der Membran. Da auch die Thylakoidmembran als Doppelmembran vorliegt, schließen die beiden Membranen den Thylakoidinnenraum ein. In die Thylakoidmembran sind Fotosysteme, die große Mengen Farbmoleküle enthalten (Chlorophyl a, b und Carotinoide), eingelagert. Mehrere Thylakoide bilden ein Granulum.

Das Stroma bildet die flüssige Grundsubstanz der Chloroplasten. Die Thylakoidmembran ermöglicht während der lichtabhängigen Reaktion den Aufbau eines Protonengradienten, der zur Synthese der energiereichen Verbindung ATP im Stroma dient.

Chlorophyll ist der grüne Pflanzenfarbstoff und gehört zur Gruppe der Pigmentmoleküle. Diese können Photonen aus dem Sonnenlicht absorbieren und für den Prozess der Fotosynthese bereitstellen. Die meisten Pflanzen verfügen über Chlorophyll a, b und Beta- Carotin und andere Absorptionsfarbstoffe. Für das Abitur relevant sind vor allem Chlorophyll a und b.

Um zu verstehen, warum es ein grüner Farbstoff ist, muss man zunächst die Physik des Lichtes verstehen. Sichtbares Licht ist nichts anderes als elektromagnetische Wellen in dem Wellenlängenbereich von ca. 400 bis 700 nm. Je kürzer die Wellenlänge ist, desto mehr Energie steckt in der elektromagnetischen Welle. Fällt die Wellenlänge unter 400 nm, so ist das Licht für uns nicht mehr sichtbar. Man spricht von ultraviolettem Licht (UV-Licht). Jeder, der mal zu lange in der Sonne lag und einen Sonnenbrand bekommen hat, hat die Wirkung des UV-Lichtes schon einmal am eigenen Leib erfahren. Oberhalb von 700 nm Wellenlänge spricht man von Infrarotlicht. Auch dieses können wir nicht sehen, sehr wohl aber als Wärmestrahlung spüren.

Farbstoffe, darunter das Chlorophyll, können aufgrund ihrer molekularen Struktur ganz bestimmte Wellenlängenbereiche des Lichtes absorbieren (siehe Abbildung). Die Bereiche, die nicht absorbiert werden, werden reflektiert. Chlorophyll absorbiert sowohl die hohen, als auch die niedrigen Wellenlängenbereiche sehr gut, während der mittlere überwiegend reflektiert wird. Dieses Licht mittlerer Wellenlänge, das vom Blatt zurückgestrahlt wird, trifft auf unser Auge und erscheint uns grün. Es klingt paradox, aber Pflanzen können jedes Licht zur Fotosynthese nutzen, nur grünes Licht nicht, da es vom Chlorophyll reflektiert wird. Deshalb erscheinen die meisten Pflanzen grün!

Lichtsammelkomplexe befinden sich in den Fotosystemen der Thylakoidmembran. Sie haben die Aufgabe, Lichtquanten einzufangen und die dadurch freiwerdende Energie zum Reaktionszentrum weiterzuleiten.

Um diesen Vorgang zu ermöglichen, befinden sich in einem Lichtsammelkomplex viele Farbmoleküle sowie ein Reaktionszentrum. Diese Farbmoleküle werden aufgrund ihrer Eigenschaft Photonen einzufangen auch Antennenpigmente genannt. Sie nehmen die Energie der Lichtquanten auf und leiten diese solange zu anderen Farbmolekülen weiter, bis sie von einem „Special Pair“ aufgenommen wird. Durch diese Energie wird ein Elektron des „Special Pairs“ energetisch angehoben und kann auf ein Akzeptormolekül übertragen werden.