광합성
광합성(光合成, , 영어: Photosynthesis) 지구의 식물이 빛을 이용하여 화합물 형태로 에너지를 저장하는 화학 작용으로, 지구상의 생물계에서 볼 수 있는 가장 중요한 화학 작용의 하나이다. 지구상의 모든 생물은 삶을 유지하기 위해 에너지를 필요로 한다. 박테리아의 번식을 비롯하여 콩이 싹을 틔우고 나무가 자라며, 우리가 태어나 숨을 거두는 순간까지의 이 모든 삶의 과정은 에너지에 직접적으로 의존하여 일어난다. 우리가 일상생활에서 자동차를 움직이고 전기 기구를 사용하며 온갖 산업 시설을 가동시키기 위해서 석유, 석탄을 연소시킬 때, 혹은 원자의 분열에서 생겨나는 에너지를 빌어쓰듯이, 생물이 존속하기 위한 기본 조건은 간략히 말하자면 에너지라 볼 수 있다. 에너지의 전환과 저장은 생물의 최소 단위인 세포에서 일어나며, 에너지는 화합물 형태로 저장된다. 모든 생물은 광합성으로 생성된 산물을 생체 내 연료로 사용하고 있으며 이것을 공급하는 방법이 엽록체에서 일어나는 광합성이다. 광합성으로 에너지를 얻는 생물을 광영양 생물(光營養生物, phototroph)이라고 한다.
엽록체
미토콘드리아와 같이 엽록체에서도 내막에서 생체 내 합성을 한다. 종자 식물의 엽록체에서 내막은 실질적인 광합성이 일어나며 틸라코이드라고 한다. 원반형의 틸라코이드가 겹겹이 쌓인 구조를 그라나라고 하며 틸라코이드 내부의 빈 공간을 내강(lumen)이라고 한다.
보조색소, 광합성에 관여하는 효소를 포함한 단백질은 엽록소와 함께 틸라코이드막 위에 있다. 엽록체의 엽록소는 주로 가시광선의 청색과 적색을 흡수하고 녹색을 잘 흡수하지 않아 우리 눈에 녹색으로 보이게 된다(보색효과). 세포의 수명이 다 하거나 환경이 좋지 않으면(가뭄, 저온 등) 엽록소가 파괴되면서 보조색소들(예: 크산토필, 카로테노이드)의 색이 나타나 잎이 알록달록해진다. 조류(藻類)의 경우 육상식물과는 달리 틸라코이드 수가 적고 많음에 따라 황금색, 갈색, 적색으로 색이 다르게 보이기도 한다.
스트로마에는 독자적인 엽록체 DNA(cpDNA: chlorphyll DNA)와 리보솜이 있다. 엽록체 DNA는 다양한 단백질과 함께 세포핵과 같은 모양이다. 진핵생물 DNA결합단백질인 히스티딘이나 세균의 DNA 결합 단백질로서 알려진 HU, DPS등의 단백질은 녹색 식물의 엽록체에는 존재하지 않는다. 대신에 아황산 환원 효소가 DNA 결합 단백질로서 기능하고 있다. 엽록체 DNA도 세포핵의 DNA처럼 복제, 전사, 번역과정이 일어난다.