Organisme hidup terus menerus mengalami reaksi kimia yang menimbulkan perubahan energi dalam tubuhnya. Semua reaksi dan perubahan ini disebut metabolisme. Pada dasarnya, metabolisme terdiri dari dua proses, sintesis atau pembentukan zat-zat kompleks tubuh dari unsur-unsur dan energi yang lebih sederhana, dan penguraian atau penguraian zat-zat dan energi kompleks tersebut. Proses pertama disebut anabolisme dan proses kedua disebut katabolisme.
Salah satu ciri utama makhluk hidup adalah kemampuannya mencari makan. Hal ini disebut sebagai nutrisi. Oleh karena itu, nutrisi adalah proses memperoleh energi dan bahan untuk metabolisme sel, termasuk pemeliharaan dan perbaikan sel serta pertumbuhan. Pada organisme hidup, nutrisi adalah serangkaian proses anabolik dan katabolik yang kompleks melalui mana bahan makanan yang masuk ke dalam tubuh diubah menjadi zat kompleks tubuh (terutama untuk pertumbuhan) dan energi (untuk bekerja). Pada hewan, bahan makanan yang dikonsumsi biasanya berupa senyawa kompleks yang tidak larut. Ini dipecah menjadi senyawa yang lebih sederhana, yang dapat diserap ke dalam sel. Pada tumbuhan, bahan makanan kompleks terlebih dahulu disintesis oleh sel tumbuhan dan kemudian didistribusikan ke seluruh bagian tubuh tumbuhan. Di sini, mereka diubah menjadi bentuk yang lebih sederhana dan larut, yang dapat diserap ke dalam protoplasma setiap sel. Bahan mentah yang diperlukan untuk sintesis bahan makanan kompleks ini diperoleh dari udara dan tanah di lingkungan tumbuhan.
Semua organisme hidup yang tidak dapat menyediakan pasokan energinya sendiri melalui fotosintesis atau kemosintesis dikenal sebagai organisme heterostrofik atau heterostrofik. Heterostrofik berarti memakan milik orang lain. Semua hewan adalah heterostrof. Organisme lain seperti berbagai jenis bakteri, beberapa tumbuhan berbunga, dan semua jamur menggunakan metode nutrisi ini. Cara heterostrof memperoleh makanannya sangat bervariasi. Namun cara makanan diproses menjadi bentuk yang dapat digunakan di dalam tubuh sangat mirip pada sebagian besar makanan. Namun semua tumbuhan hijau memiliki kemampuan memproduksi karbohidrat dari bahan mentah tertentu yang diperoleh dari udara dan tanah. Kemampuan ini penting tidak hanya bagi tumbuhan itu sendiri tetapi juga bagi hewan, termasuk manusia, yang bergantung langsung atau tidak langsung pada tumbuhan sebagai makanannya.
Fotosintesis adalah proses dimana tumbuhan memproduksi makanannya melalui penggunaan energi dari matahari dan bahan mentah yang tersedia. Ini adalah pembuatan karbohidrat pada tumbuhan. Ini terjadi di sel klorofil (yaitu hijau) pada daun dan batang saja. Sel-sel hijau ini mengandung kloroplas, yang penting untuk sintesis makanan. Oleh karena itu, semua bahan mentah yang diperlukan untuk fotosintesis, yaitu air dan garam mineral dari tanah, serta karbon dioksida dari atmosfer harus diangkut ke sel klorofil, yang paling melimpah di daun.
Pori-pori kecil, atau stomata, yang biasanya terdapat dalam jumlah besar di permukaan bawah sebagian besar daun, memungkinkan gas dari atmosfer masuk ke jaringan di dalamnya. Stoma adalah sel epidermis berbentuk oval yang dikenal sebagai sel penjaga. Setiap stoma sebenarnya merupakan bukaan ruang udara sub-stomata. Ini adalah ruang udara antar sel yang besar, yang terletak berdekatan dengan stoma. Hal ini berlanjut dengan ruang udara antar sel lainnya yang ditemukan di dalam daun. Besar kecilnya pori-pori stomata bergantung pada kelengkungan sel penjaga yang mengapitnya. Ketika sel penjaga penuh dengan air, sel tersebut menjadi bengkak, atau membengkak, dan akibatnya pori-pori terbuka. Namun, jika kadar airnya rendah, bahan tersebut menjadi lunak, atau lembek, dan mengempis, sehingga pori-porinya tertutup. Ketika stoma terbuka, udara memasuki ruang sub-stomata dan berdifusi ke seluruh udara antar sel larut dalam air yang mengelilingi sel. Larutan karbon dioksida ini kemudian berdifusi ke dalam sel-sel daun, khususnya sel palisade. Di sini, digunakan oleh kloroplas untuk fotosintesis.
Air yang membawa garam mineral terlarut seperti fosfat, klorida dan natrium bikarbonat, kalium, kalsium besi dan magnesium, diserap dari tanah oleh akar. Air tanah ini memasuki rambut akar melalui proses yang disebut osmosis, yaitu pergerakan molekul air dari daerah dengan konsentrasi lebih rendah ke daerah dengan konsentrasi lebih tinggi melalui membran semi permeabel. Hal ini kemudian dilakukan ke atas dari akar, melalui batang ke daun oleh jaringan xilem. Ini diangkut ke semua sel, melalui vena dan cabang-cabangnya.
Kloroplas mengandung pigmen hijau (klorofil) yang memberi warna pada tumbuhan dan mampu menyerap energi cahaya dari sinar matahari. Energi ini digunakan untuk salah satu langkah penting pertama dalam fotosintesis; yaitu pembelahan molekul air menjadi oksigen dan hidrogen. Oksigen ini dilepaskan ke atmosfer. Komponen hidrogen juga digunakan untuk mereduksi karbon dioksida, dalam serangkaian enzim dan reaksi yang memakan energi, untuk membentuk senyawa organik kompleks seperti gula dan pati.
Selama fotosintesis, senyawa yang memiliki energi tinggi seperti karbohidrat disintesis dari senyawa yang mengandung energi rendah seperti karbon dioksida dan air dengan adanya sinar matahari dan klorofil. Karena energi matahari diperlukan untuk fotosintesis, proses ini tidak dapat terjadi pada malam hari karena tidak adanya sinar matahari. Produk akhir fotosintesis adalah karbohidrat dan oksigen. Yang pertama didistribusikan ke seluruh bagian tanaman. Yang terakhir dilepaskan sebagai gas melalui stomata kembali ke atmosfer sebagai ganti karbon dioksida yang diambil. Terjadinya fotosintesis pada daun hijau dapat ditunjukkan dengan percobaan yang menunjukkan penyerapan karbon dioksida, air dan energi oleh tanaman. daun, dan produksi oksigen dan karbohidrat. Eksperimen sederhana dapat dilakukan untuk menunjukkan pelepasan oksigen oleh tumbuhan hijau, pembentukan karbohidrat (yaitu pati) pada daun, dan kebutuhan karbon dioksida, sinar matahari, dan klorofil untuk pembentukan pati pada daun hijau.
Eksperimen dalam fisiologi melibatkan penempatan bahan biologis seperti tumbuhan dan hewan atau bagian tumbuhan dan hewan dalam kondisi yang tidak biasa, misalnya toples, kandang atau kotak. Jika suatu percobaan dirancang untuk menunjukkan efek yang dihasilkan oleh tidak adanya karbon dioksida selama proses fotosintesis, maka hasil yang diperoleh dari percobaan tersebut dapat dikatakan sebagian disebabkan oleh penempatan bahan biologis di bawah kondisi percobaan yang tidak alami. Oleh karena itu, perlu dilakukan dua eksperimen yang hampir identik; yang satu ditempatkan pada kondisi normal (eksperimen kontrol) dimana semua faktor yang diperlukan untuk fotosintesis ada, sedangkan yang lain (eksperimen uji) ditempatkan pada kondisi di mana satu faktor dihilangkan atau divariasikan sementara semua faktor lainnya ada. Hal ini memungkinkan pelaku eksperimen untuk yakin bahwa hasil yang ditunjukkan oleh eksperimen pengujiannya disebabkan oleh faktor yang dihilangkan atau divariasikan dan bukan karena pengaturan eksperimen. Dengan demikian, eksperimen kontrol berfungsi sebagai panduan untuk memastikan bahwa kesimpulan yang diperoleh dari eksperimen pengujian bukanlah suatu kekeliruan.
Setelah percobaan tertentu, pengamatan menunjukkan dengan jelas bahwa oksigen dilepaskan hanya ketika fotosintesis terjadi, yaitu pada siang hari. Pati tidak dapat terbentuk jika sinar matahari tidak ada meskipun seluruh faktor penting lainnya seperti air, karbon dioksida dan klorofil mungkin ada.
Fotosintesis, penyusun dasar nutrisi, unit hidup sehat telah dan sedang memainkan peran penting bagi organisme hidup. Struktur seluler kompleks tumbuhan dibangun dari produk utama fotosintesis, yaitu karbohidrat sederhana seperti glukosa. Pada tahap ini, harus disadari bahwa meskipun fotosintesis banyak ditekankan, proses sintesis protein sama pentingnya dengan proses sintesis protein. Selama sintesis protein, senyawa nitrogen diserap oleh tanaman dan dalam kasus tertentu, fosfor dan unsur lainnya, bergabung dengan glukosa untuk membentuk berbagai protein nabati.
Selain berkontribusi pada sintesis protein nabati, glukosa juga penting karena dapat diubah menjadi lemak dan minyak setelah serangkaian reaksi kimia. Ini juga merupakan produk utama dari mana senyawa organik lainnya terbentuk.
Pentingnya fotosintesis dalam semua siklus makanan tidak bisa terlalu ditekankan. Hewan tidak dapat memanfaatkan energi matahari untuk mensintesis senyawa kaya energi dari zat sederhana yang mudah didapat seperti air dan karbon dioksida yang ditemukan di atmosfer sekitar kita, sebaliknya sinar ultraviolet dari matahari menyebabkan kerusakan pada tubuh makhluk hidup; melanin dan keratin mempengaruhi warna dan kekuatan kulit hewan, dan beberapa kerusakan internal. Oleh karena itu, beruntunglah bahwa tumbuhan mempunyai kemampuan untuk menggunakan energi yang disediakan oleh sinar matahari untuk mensintesis dan menyimpan senyawa kaya energi yang pada akhirnya menjadi sandaran semua bentuk kehidupan hewan.
Untuk kelangsungan hidupnya, manusia tidak hanya makan produk nabati seperti buah-buahan, sayur-sayuran dan sereal, tapi juga hewan seperti sapi dan ikan. Sapi dan hewan herbivora lainnya bergantung sepenuhnya pada kehidupan tumbuhan untuk keberadaannya. Meskipun ikan tertentu adalah herbivora, ikan lain memiliki pola makan campuran dan sebagian besar merupakan karnivora. Hewan karnivora bergantung secara tidak langsung pada tumbuhan untuk mencari nafkah. Makanan langsung mereka terdiri dari hewan-hewan kecil yang harus diberi makan, jika tidak seluruhnya, maka sebagian, dari tumbuhan. Fotosintesis adalah langkah pertama dalam semua siklus makanan.
Selama proses fotosintesis, karbon dioksida dikeluarkan dari atmosfer dan oksigen ditambahkan ke dalamnya. Jika proses pemurnian ini tidak terjadi di alam, atmosfer akan segera menjadi jenuh dengan karbon dioksida yang dikeluarkan selama respirasi hewan dan tumbuhan serta selama dekomposisi bahan organik sehingga semua kehidupan lambat laun akan terhenti. Tanpa fotosintesis, tidak akan ada nutrisi. Dan jika tidak ada nutrisi maka makhluk hidup tidak akan ada. Dan jika tidak ada makhluk hidup di bumi maka bumi akan tetap tidak berbentuk dan kosong sama sekali. Makhluk hidup tidak akan bisa melakukan kerja jika fotosintesis tidak berjalan. Saya bertanya-tanya bagaimana nasib makhluk hidup saat ini atau suatu saat nanti, ketika fotosintesis terhenti.