A captação da luz é realizada pelos pigmentos fotossintéticos organizados nas antenas.
As plantas são verdes, pois os pigmentos fotossintéticos que coletam a luz usada na fotossíntese absorvem todos os comprimentos de onda visíveis de luz, exceto aqueles na parte verde do espectrum. O pigmento mais importante em plantas superiores é a clorofila a, existindo ainda pigmentos acessórios como clorofila b e carotenóides amarelos e alaranjados. Todos estes pigmentos estão associados com proteínas e encontram-se embutidos nas membranas internas do cloroplasto (nas tilacóides).
A luz chega em pequenos pacotes de energia (fótons), com a quantidade de energia por fóton sendo relacionada com o comprimento de onda. Uma molécula de pigmento pode absorver apenas um fóton e, em teoria, cada fóton absorvido poderia iniciar uma reação fotoquímica.
O transporte de elétrons e a síntese de ATP
Os princípios do transporte de elétrons na fotossíntese são os mesmos da respiração. Os elétrons são transferidos de substratos de baixa afinidade com elétrons (p.ex. NADH, o qual prontamente doa elétrons) para substratos com alta afinidade com elétrons (ex.: O2, o qual prontamente recebe elétrons). Pode-se dizer também que elétrons com alta energia são ransferidos na direção "morro abaixo", perdendo energia ao longo do caminho.
Em bactérias primitivas, o doador de elétrons, tal como o sulfito, está disponível apenas em alguns habitats (ex.: em anaerobiose) e isso restringe os locais onde as bactérias podem crescer. Plantas verdes, cianobactérias ou algas têm uma solução para isso. Elas utilizam a água como doador de elétrons para o sistema não cíclico de transporte de elétrons.
Resumidamente, dois estágios seqüenciais ocorrem nos cloroplastos:
a) A luz, com certos comprimentos de onda, é capturada e convertida em energia química por uma série de passos chamados de reações de luz ou reações luminosas ou ainda fase clara. Essas reações são processadas nas membranas internas do cloroplasto (tilacóides).
b) O CO2 é fixado e reduzido a compostos orgânicos, particularmente açúcares, por uma série de passos chamados de reações no escuro ou fixação de CO2 ou ainda fase escura. Esse processo ocorre na matriz fluida do cloroplasto (estroma).
A principal função da fase fotoquímica é converter a energia luminosa em energia química.