植物は葉緑体の細胞膜に埋め込まれた、PSⅡ、シトクロム、PSⅠの膜タンパク質複合体でATPを生産し、ATPと細胞質にあるカルビン回路を使って、光合成をおこないます。太陽光を吸収したクロロフィルaは電子を放出し、その電子を順次伝達していく過程で、H⁺を汲み上げ、次のカルビン回路に必要なATPとNADPHを合成します。電子を失ったクロロフィルaは、水の分解で生じた電子を補填されます。水の光分解は、葉緑体のチラコイド膜に埋め込まれた光合成系（PSⅡ）で行われます。

下図はチラコイド膜の側面から見たPSⅡ膜タンパク質複合体の構造図です。PSⅡ複合体は、対称軸の両側にCP41・D1・D2・CP47の構造を有するタンパク質の二量体です。反応中心は、チラコイド内腔（ル－メン）とチラコイド膜の境界（下面）にあります。右側は水分子の分布図です。膜は疎水性なので水は少ないです。反応中心でチラコイド・ル－メンの水を分解しています。

植物はPSⅡ複合体に結合したマンガン（Mn）クラスタ－で水を光分解しています。

• 2H₂O　＋　hv　→　O₂　＋　4H⁺　＋4e^—

これによって、チラコイド内腔のH⁺濃度を高め、H⁺がATP合成酵素を通過し、ストロマ側でATPが生産されます。発生した酸素は葉の気孔から放出されます。植物が放出する酸素は、CO₂ではなく、根から吸収したH₂Oの酸素に由来しています。

Mnクラスタで生じた電子は、チロシン基（Tyr）を経由して、光励起時に電子を失ったクロロフィルa（P680）に供給されます。P680とは680nmの波長光を吸収する色素（Pigment）のことです。P680が光励起された後にMnクラスタから電子が供給されることは重要です。もしも逆だと、発生した電子がMnクラスタ近傍に貯まり、酸素と結びついて活性酸素を生じさせてしまうからです。

P680が放出した電子はフェオフィチンPhe（Pheophytin）、Q_A、Q_Bの順に受け渡されていきます。Pheはクロロフィル分子からMg²⁺がとれてH原子2つと置き換わったものです。

Q_Bのプラストキノン(PQ)はチラコイド膜中で自由に動くことができます。このPQはストロマ中の2個のH⁺を取り込んでジヒドロ・プラストキノン(PQH₂)、つまりキノ－ルになります。

PSⅡから飛び出したPQH₂は、シトクロムｂ6/ｆ複合体に電子を渡します。この複合体から再び電子はプラストシアニン（PC）へと渡され、チラコイド内腔を拡散し、光合成系Ⅰ（PSⅠ）に入っていきます。このシトクロムｂ6/ｆ複合体においてPQH₂からPCへの電子伝達で0.4eVのエネルギが生じます。このエネルギでストロマからチラコイド内腔にH⁺をくみ出しています。

光合成系Ⅰ（PSⅠ）

シトクロム複合体によって還元されたPCは、PSⅠの反応中心にあるクロロフィルP700（吸収波長700nm）に電子を渡します。PSⅠ複合体は数十種のサブユニットから構成され、集光性タンパク質複合体LHCⅠ（Light-Harvesting protein Complex）が光を吸収すると、反応中心のP700が励起され電子を放出します。チラコイド膜上で、それぞれの反応中心を取り巻くように多くのLHCが存在し、太陽光を集めて反応中心に供給しています。

電子は、P700→A0（1分子クロロフィル）→Q(フィロキノン)→Fx→FA・FB（Fe-Sタンパク質）という順に伝達され、フェレドキシン(FD)（Fe-Sタンパク質)に渡されます。電子はストロマの補酵素2NADP⁺(ニコチン酸アミド・アデノシン・ジヌクレオチドリン酸)に移り、FAD(フェレドキシン-NADP+ レダクターゼ)の助けを借りて2NADPH₂⁺が作られます。電子を失ったP700は、PCから再び電子を受け取ります。