בעוד שגלוקוז הסוכר משמש לאנרגיה, יש לו גם מטרות אחרות. לדוגמא, צמחים משתמשים בגלוקוז כאבן בניין לבניית עמילן לאחסון אנרגיה לטווח ארוך ותא לבניית מבנים.
המולקולה הנפוצה ביותר המשמשת לפוטוסינתזה היא כלורופיל. צמחים הם ירוקים מכיוון שתאיםיהם מכילים שפע של כלורופיל. הכלורופיל קולט את האנרגיה הסולארית המניעה את התגובה בין פחמן דו חמצני למים. הפיגמנט נראה ירוק מכיוון שהוא סופג אורכי גל כחולים ואדומים ומשקף ירוק.
הכלורופיל אינו מולקולת פיגמנט יחידה, אלא משפחה של מולקולות קשורות החולקות מבנה דומה. ישנן מולקולות פיגמנט אחרות שקולטות / משקפות אורכי גל שונים של אור.
צמחים נראים ירוקים מכיוון שהפיגמנט השופע ביותר שלהם הוא כלורופיל, אך לפעמים אתה יכול לראות את המולקולות האחרות. בסתיו העלים מייצרים פחות כלורופיל כהכנה לחורף. ככל שהייצור של הכלורופיל מאט, עלים משנים צבע. ניתן לראות את הצבעים האדומים, הסגולים והזהובים של פיגמנטים פוטוסינתטיים אחרים. אצות בדרך כלל מציגות גם את הצבעים האחרים.
מיטוכונדריה מבצעים נשימה אירובית סלולרית, המשתמשת בחמצן לייצור אדנוזין טריפוספט (ATP). ניתוק קבוצה אחת או יותר של פוספט מהמולקולה משחרר אנרגיה בצמח צורה ותאים מהחי יכולים להשתמש בהם.
כלורופלסטים מכילים כלורופיל המשמש בפוטוסינתזה לייצור גלוקוזה. כלורופלסט מכיל מבנים הנקראים גרנה וסטרומה. גרנה דומה לערמת לביבות. יחד, גרנה מהווה א מבנה שנקרא תילקואיד. הגרנה ותילקואיד נמצאים במקום בו מתרחשות תגובות כימיות תלויות אור (אלו הכוללות כלורופיל). הנוזל סביב הגרנה נקרא סטרומה. כאן מתרחשות תגובות בלתי תלויות אור. תגובות עצמאיות קלות נקראות לפעמים "תגובות חשוכות", אולם משמעות הדבר היא שאור אינו נדרש. התגובות יכולות להופיע בנוכחות אור.
גלוקוז הוא סוכר פשוט, ובכל זאת מדובר במולקולה גדולה בהשוואה לפחמן דו חמצני או מים. זה לוקח שש מולקולות של פחמן דו חמצני ושש מולקולות של מים כדי ליצור מולקולה אחת של גלוקוז ושש מולקולות של חמצן. ה משוואה כימית מאוזנת כי התגובה הכוללת היא:
גם פוטוסינתזה וגם נשימה תאית מניבות מולקולות המשמשות לאנרגיה. עם זאת, פוטוסינתזה מייצרת את גלוקוז הסוכר, שהוא מולקולת אגירת אנרגיה. הנשימה סלולרית לוקחת את הסוכר והופכת אותו לצורה שגם צמחים וגם בעלי חיים יכולים להשתמש בהם.
פוטוסינתזה דורשת פחמן דו חמצני ומים בכדי לייצר סוכר וחמצן. נשימה סלולרית משתמשת בחמצן ובסוכר בכדי לשחרר אנרגיה, פחמן דו חמצני, ומים.
צמחים ואורגניזמים פוטוסינתטיים אחרים מבצעים את שתי קבוצות התגובות. בשעות היום, רוב הצמחים נוטלים פחמן דו חמצני ומשחררים חמצן. במהלך היום ובלילה, צמחים משתמשים בחמצן בכדי לשחרר את האנרגיה מהסוכר, ומשחררים פחמן דו חמצני. בצמחים, התגובות הללו אינן שוות. צמחים ירוקים משחררים הרבה יותר חמצן ממה שהם משתמשים. למעשה, הם אחראים לאווירה הנשימה של כדור הארץ.
אורגניזמים המשתמשים באור לצורך האנרגיה הדרושה להכנת המזון שלהם נקראים מפיקים. בניגוד, צרכנים הם יצורים שאוכלים מפיקים כדי להשיג אנרגיה. בעוד שצמחים הם המפיקים הידועים ביותר, אצות, ציאנובקטריה, וחלק מהפרוטיסטים גם מייצרים סוכר באמצעות פוטוסינתזה.
רוב האנשים מכירים אצות וכמה אורגניזמים חד-תאיים הם פוטוסינתטיים, אבל האם ידעת ישנם בעלי חיים רב-תאייםגם? חלק מהצרכנים מבצעים פוטוסינתזה כמקור אנרגיה משני. לדוגמה, מין של שבלול ים (אליזה כלורוטיקה) גונב אברונים פוטוסינתטיים של כלורופלסטים מאצות ומכניס אותם לתאים משלו. הסלמנדרה המנומר (Amulstoma maculatum) יש קשר סימביוטי עם אצות, משתמש בחמצן הנוסף לאספקת המיטוכונדריה. הצרעה האוריינטלית (Vespa orientalis) משתמשת בפיגמנט xanthoperin כדי להמיר אור לחשמל, שהוא משתמש בו כמעין תא סולרי לפעילות לילית.
התגובה הכוללת מתארת את הקלט והפלט של הפוטוסינתזה, אולם צמחים משתמשים בקבוצות שונות של תגובות כדי להשיג תוצאה זו. כל הצמחים משתמשים בשני מסלולים כלליים: תגובות אורות ותגובות חשוכות (מחזור קלווין).
"רגיל" או ג3 פוטוסינתזה מתרחשת כאשר לצמחים יש הרבה מים זמינים. קבוצת התגובות הזו משתמשת ב- אנזים RuBP קרבוקסילאז להגיב עם פחמן דו חמצני. התהליך יעיל ביותר מכיוון שתגובות האור והכהה יכולות להופיע בו זמנית בתא צמח.
בסי4 פוטוסינתזה, האנזים PEP קרבוקסילאז משמש במקום RuBP קרבוקסילאז. אנזים זה שימושי כאשר מים עשויים להיות נדירים, אך כל התגובות הפוטוסינתטיות אינן יכולות להתרחש באותם תאים.
במטבוליזם של חומצה קאסולאית או פוטוסינתזה של המצלמה, פחמן דו חמצני נלקח לצמחים רק בשעות הלילה, שם הוא מאוחסן בשואבים המיועדים לעיבוד במהלך היום. פוטוסינתזה של המצלמה מסייעת לצמחים לחסוך מים מכיוון שפטומי העלים פתוחים רק בלילה, כשהם קרירים יותר ולחים יותר. החיסרון הוא שהצמח יכול לייצר גלוקוז רק מפחמן דו חמצני המאוחסן. מכיוון שיוצר פחות גלוקוז, צמחי מדבר המשתמשים בפוטוסינתזה של CAM נוטים לצמוח לאט מאוד.
צמחים הם מכשפים בכל מה שקשור לפוטוסינתזה. המבנה כולו שלהם בנוי לתמוך בתהליך. שורשי הצמח נועדו לספוג מים, אשר מועברים לאחר מכן על ידי רקמת כלי דם מיוחדת הנקראת קסילם, כך שהם יכולים להיות זמינים בגבעול הפוטוסינתטי ועלים. עלים מכילים נקבוביות מיוחדות הנקראות סטומטה השולטות על חילופי הגזים ומגבילים את אובדן המים. לעלים עשוי להיות ציפוי שעווה כדי למזער את אובדן המים. בכמה צמחים יש עמוד שדרה לקידום עיבוי מים.
רוב האנשים מודעים לכך שפוטוסינתזה משחררת את החמצן שבעלי החיים צריכים לחיות, אבל מרכיב חשוב אחר התגובה היא קיבוע פחמן. אורגניזמים פוטוסינתטיים מוציאים מהאוויר פחמן דו חמצני. דו תחמוצת הפחמן הופכת לתרכובות אורגניות אחרות התומכות בחיים. בעוד שבעלי חיים נושפים פחמן דו חמצני, עצים ואצות פועלים כמיכל פחמן, ומרחיקים את מרבית היסודות מהאוויר.