光合作用是植物、藻類及某些細菌利用光能將二氧化碳和水轉化為有機物和氧氣的重要生物化學過程。這一過程不僅為地球上的生命提供了能量和氧氣，也是維持生態平衡的關鍵環節。

光合作用主要分為光反應和暗反應兩個階段。光反應發生在葉綠體的類囊體膜上，依賴葉綠素等光合色素捕獲光能。光能被轉化為化學能，生成ATP（三磷酸腺苷）和NADPH（還原型輔酶Ⅱ），同時水分子被分解，釋放出氧氣。這一過程涉及電子傳遞鏈和光合磷酸化，是能量轉換的核心。

暗反應（又稱卡爾文循環）發生在葉綠體基質中，不直接依賴光，但利用光反應產生的ATP和NADPH。二氧化碳通過固定和還原，被轉化為碳水化合物（如葡萄糖）。關鍵酶RuBisCO（核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶）在此過程中催化二氧化碳與RuBP（核酮糖-1,5-二磷酸）的結合，啟動碳固定。

光合作用的生物化學路徑涉及多種酶和中間產物，例如在C3植物中，碳固定直接通過卡爾文循環進行；而在C4植物和CAM植物中，則存在適應干旱或高光強環境的特殊機制，以提高效率。

光合作用的生物化學基礎揭示了生命如何利用太陽能驅動碳循環，對于理解全球氣候變化、農業增產及生物能源開發具有重要意義。深入研究其分子機制，有助于推動可持續技術的發展。