光合成は、日光のエネルギーを用いて生物に必要なエネルギーを得る反応である。植物の場合、光合成は葉緑体で行なわれていて、二酸化炭素からグルコース(葡萄糖)などの炭水化物を作り出す。光合成をする植物はこの炭水化物を使って生きている。光合成は非常に複雑な過程の組み合わせで出来ており、また生物種によっては植物のそれとは全く異なる光合成をするものもある。光合成とは何か高校レベルまで小中学校レベルの理科では、植物の「光によって澱粉を作り出す営み」として学ぶ。高校レベルでは、深い理由には触れないが、水(H2O)と二酸化炭素(CO2)を用いる反応で、二酸化炭素が固定化され澱粉などの有機物になる反応が光合成であり、副産物として酸素が発生することを学ぶ。結果として、高校レベルまででは、「光合成とは植物が光によって水を分解し酸素を発生させ、二酸化炭素を有機物に固定する反応」であると説明される。実は光合成をするのは植物だけではなく、光合成細菌と呼ばれるものもしている。光合成細菌は、小中学校レベルの定義である「光から有機物を作る」反応であるため「光合成」として名前が付けられているが、一方で、水を分解して酸素を作らないため高校レベルでの高校生はしていない。植物は水(H2O)から酸素(O2)を作るが、光合成細菌はたとえば、硫化水素(H2S)から硫黄(S)を作る反応などをしている。必要なものは水素(H)、より正確には水素が持つ還元力であって、反応で生じる酸素(O2)や硫黄(S)は不要物であるため捨てられる。これが、副産物として生じる酸素などの説明となる。日常よく目にする、植物や藻類などの光合成がこの酸素発生型光合成である。二酸化炭素(CO2)の還元に必要な電子は水(H2O)から得ており、水を酸化分解し、酸素が発生する。次の反応が連なって実現する。光化学系I光化学系IIで光エネルギーを用いた水の光分解で酸素を発生させ電子を得、この電子はプラストキノンを還元し、生成されたプラストキノールは電子をシトクロムb6f複合体へと渡す。この電子はプラストシアニンを経て、光化学系Iへと渡される。光化学系IでNADP+を還元しNADPHが生産される。ここまでが、光合成における光化学反応である。NADPHはCO2固定など、生体内の様々な反応で還元力として使われている。この一連の反応において生じる酸素は、現在の地球上の生物にとって非常に重要なものとなっており、人間も植物が作り出した酸素を日々呼吸で取り込んで使用している。水は葉緑体の蛋白質複合体で分解され、酸素と電子を発生させる。大まかな理屈は分かっていたが、具体的な仕組みを解明したのは、沈建仁(しんけんじん)岡山大教授(生化学)と神谷信夫(かみやのぶお)大阪市立大教授(構造生物学)のグループである。水を分解する箇所は、マンガン原子4個、カルシウム原子1個、酸素原子5個が歪んだ椅子の形に結合しているとされた。