La plante, productrice de matière organique

L'équation-bilan de la photosynthèse est la suivante : 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Elle a lieu dans les cellules chlorophylliennes des parties aériennes de la plante, majoritairement les feuilles. Elle se déroule dans un organite intracellulaire spécialisé : le chloroplaste. La première phase de la photosynthèse, la phase photochimique, a lieu au niveau des chaînes photosynthétiques, constituées de pigments chlorophylliens associés à des protéines, et localisées dans la membrane des thylakoïdes (structures membranaires en forme de sacs aplatis). L'absorption de la lumière par les pigments chlorophylliens, dont la chlorophylle, entraîne des transferts d'électrons le long de la chaîne photosynthétique. Ces réactions s'accompagnent de l'oxydation de l'eau, ou photolyse de l'eau, qui libère de l'O₂, selon l'équation-bilan suivante : 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻. Le transfert d'électrons au niveau de la chaîne photosynthétique permet la production, dans le stroma, d'ATP (Adénosine Triphosphate, molécule riche en énergie) et de molécules réduites RH₂ (molécules capables de libérer des électrons).
La seconde phase de la photosynthèse est la phase chimique qui a lieu dans le stroma. L'ATP et les RH₂ produits lors de la phase photochimique sont utilisés pour fixer du CO₂ selon un ensemble de réactions, appelé cycle de Calvin, qui permet la synthèse de molécules organiques. La première molécule formée à l'issue du cycle de Calvin est un glucide à trois atomes de carbone, un triose-phosphate, l'APG (3-phosphoglycérate). Puis, l'association de deux APG permet la synthèse d'un glucide à six atomes de carbone, le glucose (C₆H₁₂O₆). Ainsi la phase chimique permet la réduction du CO₂ en carbone organique.

La journée, à la lumière, les trioses-phosphates synthétisés lors de la photosynthèse dans le chloroplaste forment du glucose, qui est polymérisé en amidon. Cet amidon, conservé en grains dans le stroma du chloroplaste, constitue la forme de stockage temporaire des glucides lorsque les trioses-phosphates sont produits en excès. Certains trioses-phosphates passent également dans le cytoplasme de la cellule chlorophyllienne et forment du glucose puis du saccharose, alors exporté hors de la cellule pour rejoindre la sève élaborée circulant dans le phloème. Le saccharose est la principale forme de transport des glucides dans la sève élaborée, permettant ainsi l'alimentation en matière organique des autres cellules de la plante. La nuit, en l'absence de photosynthèse, l'amidon stocké dans le chloroplaste est hydrolysé en trioses-phosphates, qui forment du saccharose circulant dans la sève élaborée : cela permet l'approvisionnement de la plante en continu.

Les produits de la photosynthèse présents dans la sève élaborée circulent dans les organes du végétal, où ils sont transformés, sous l'action d'enzymes, en molécules assurant différentes fonctions biologiques. Ainsi, le stockage de la matière organique s'effectue sous plusieurs formes (glucides, lipides ou protéines) au sein d'organes spécialisés dans la mise en réserve, ainsi que dans les graines et les fruits. Ce stockage permet aux plantes de résister aux conditions défavorables et d'assurer leur reproduction sexuée ou asexuée. Les organes spécialisés dans le stockage des réserves, qui permettent la multiplication asexuée, sont les rhizomes (tiges souterraines, comme celles du sceau de Salomon), les bulbes (tiges entourées de feuilles modifiées, comme celles de l'oignon) ou encore les tubercules ,(tiges souterraines, comme celles de la pomme de terre). Les cellules de ces organes stockent souvent l'amidon au sein d'un organite intracellulaire, l'amyloplaste. Les graines possèdent des réserves en quantité et nature variables selon les espèces, qui sont utilisées par l'embryon lors de la germination. Les fruits peuvent également être riches en réserves glucidiques (comme de nombreux fruits de consommation courante tels que la pomme, la poire, le raisin, etc.), ou lipidiques (comme l'olive ou l'avocat).
D'autres molécules issues du métabolisme des produits de la photosynthèse contribuent à la croissance et au port de la plante. La cellulose, glucide polymère de glucose, est le constituant principal de la paroi des cellules végétales et leur confère à la fois la solidité et une certaine élasticité compatible avec leur croissance. La lignine regroupe des substances hydrophobes contenant un noyau aromatique, et imprégnant la paroi des cellules végétales de certains tissus. Cela les rend inextensibles et les rigidifie. Chez les espèces ligneuses, les vaisseaux du xylème responsables du transport de la sève brute dans la plante sont lignifiés, formant le bois. La rigidité de ce tissu lui permet d'assurer un rôle de soutien et contribue à la réalisation du port arboré.
D'autres molécules issues du métabolisme des produits de la photosynthèse participent aux interactions avec d'autres espèces, notamment animales. Par exemple, les tanins, substances aromatiques présentes dans différents tissus végétaux, assurent une protection contre les parasites (bactéries ou champignons) ou contre les prédateurs herbivores. Ils interagissent en effet avec la salive des herbivores, provoquant un effet astringent désagréable. Un autre exemple est celui des anthocyanes, pigments responsables de la coloration rouge à violette de certains fruits (comme le raisin), fleurs et feuilles. Elles participent à des interactions mutualistes en attirant des animaux pollinisateurs. Ces pigments protègent aussi la plante des prédateurs herbivores en teintant les feuilles qui miment des feuilles mortes. Ainsi, les produits de la photosynthèse sont métabolisés dans la plante en différentes molécules qui présentent une grande diversité chimique.