물질대사
광합성은 햇빛과 이산화 탄소(CO)를 이용하여 탄수화물을 합성하는 과정이다. 식물과 남세균, 조류는 광합성을 통해 물을 분해하고 산소를 부산물로 생산한다. 이 과정은 광합성 반응 중심에서 생산된 ATP와 NADPH를 사용하여 CO를 3-포스포글리세르산으로 전환하고, 3-포스포글리세르산은 이후 포도당으로 전환된다. 탄소 고정 반응은 캘빈 회로의 일부로 루비스코(RuBisCO)라는 효소가 참여한다. 식물에서는 C 탄소 고정, C 탄소 고정, 그리고 CAM 광합성 이렇게 세 종류의 광합성이 일어나며, 이들은 CO가 캘빈 회로에 들어가는 방법에 따라 구분된다. C 식물은 CO를 직접적으로 고정하고, C 식물과 CAM 식물은 CO를 먼저 다른 화합물의 일부로 포함시킨다. 이는 강렬한 햇빛과 건조한 환경에 적응하기 위한 방편이다.
광합성
제2광계 P680에서 2개의 물 분자는 4개의 수소 이온과 1개의 산소 분자와 4개의 전자로 쪼개어진다. P680은 제2광계에서 티로신에 둘러싸인 반응중심 엽록소a를 말하며 빛 에너지에 의해 전자를 내어놓는다(광합성 반응 최초의 전자공여자 역할). P680 아래쪽에는 망간 이온을 함유한 효소복합체가 있어 이곳에서 물의 분해가 일어난다. 물에서 얻어진 수소는 NADPH. ATP를 만드는 데 사용되며, 산소는 생명체의 세포호흡에 쓰인다.1600년대 중반 얀 판 헬몬트는 식물이 자람에 따라 식물의 무게와 식물이 자라는 토양의 무게를 재는 실험을 하였다. 식물의 무게 변화는 크고 토양의 무게 변화는 매우 적었기 때문에 식물의 무게 변화량은 화분에 부어준 유일한 물질인 물 때문이라고 가설을 세웠다. “만물의 근원은 물이다.“ 라고 한 탈레스설을 뒷받침 하고자 헬몬트는 일부만 맞는 가설을 세웠지만 그의 실험은 식물의 생물량(biomass)이 토양 자체가 아니라 광합성에 투입된 물질에서 비롯된 것임을 암시해 준다(식물의 무게변화량은 물뿐만 아니라 이산화탄소로도 유래한다.).