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光合作用是地球上最重要的生物化学过程之一。植物通过叶片中的叶绿体，利用太阳光的能量，将空气中的二氧化碳和根部吸收的水分子结合，产生葡萄糖等有机物质，同时释放出氧气。这个过程不仅为植物自身提供营养，也为地球上几乎所有生物提供了氧气和食物来源。
光合作用的化学方程式可以简单表示为：六个二氧化碳分子加上六个水分子，在光能的作用下，生成一个葡萄糖分子和六个氧气分子。这个反应需要叶绿素作为催化剂，将光能转化为化学能储存在葡萄糖分子中。反应的左边是反应物，包括二氧化碳和水，右边是产物，包括葡萄糖和氧气。
叶绿体是植物细胞中进行光合作用的重要细胞器。它具有双层膜结构，外膜控制物质的进出，内膜形成密闭的空间。叶绿体内部充满基质，含有各种酶类和遗传物质。最重要的是类囊体结构，它们堆叠形成基粒，类囊体膜上含有大量叶绿素分子，能够捕获太阳光能，是光反应发生的主要场所。
光合作用包含两个相互关联的阶段。第一阶段是光反应，发生在类囊体膜上，叶绿素分子吸收太阳光能，将水分子分解，释放氧气，同时产生ATP和NADPH这两种高能化合物。第二阶段是暗反应，也称为卡尔文循环，发生在叶绿体基质中，利用光反应产生的ATP和NADPH，将二氧化碳固定并还原，最终合成葡萄糖等有机物。