Jotkut organismit kykenevät sieppaamaan energian auringonvalosta ja käyttämään sitä orgaanisten yhdisteiden tuottamiseen. Tämä prosessi, joka tunnetaan nimellä fotosynteesi, on välttämätöntä elämälle, koska se tarjoaa energiaa molemmille tuottajat ja kuluttajat. Fotosynteettiset organismit, jotka tunnetaan myös nimellä fotoautotrofit, ovat organismeja, jotka kykenevät fotosynteesiin. Jotkut näistä organismeista sisältävät korkeampia kasvit, jotkut protistit (levät ja Euglena) ja bakteerit.
Sisään fotosynteesi, valoenergia muuttuu kemialliseksi energiaksi, joka varastoituu glukoosin (sokerin) muodossa. Epäorgaanisia yhdisteitä (hiilidioksidi, vesi ja auringonvalo) käytetään tuottamaan glukoosia, happea ja vettä. Fotosynteettiset organismit käyttävät hiiltä orgaanisten molekyylien tuottamiseksi (hiilihydraatit, lipidejäja proteiineja) ja rakentaa biologinen massa. Fotosynteesin biotuotteena tuotettua happea käytetään monissa organismeissa, mukaan lukien kasveja ja eläimiä, varten soluhengitys
. Suurin osa organismeista ravitsee joko suoraan tai epäsuorasti fotosynteesillä. Heterotrofinen (hetero-, -trophic) organismeista, kuten eläimistä bakteeritja sienet, eivät kykene fotosynteesiin tai tuottamaan biologiset yhdisteet epäorgaanisista lähteistä. Sellaisenaan heidän on käytettävä fotosynteettisiä organismeja ja muita autotrofeja (auto-, -trophs) näiden aineiden saamiseksi.Fotosynteesi sisään kasvit esiintyy erikoistuneissa soluelimiin nimeltään kloroplastissa. Klooroplastit löytyvät kasveista lehdet ja sisältävät pigmentin klorofyllin. Tämä vihreä pigmentti imee valon energiaa, jota tarvitaan fotosynteesin tapahtumiseen. Klooroplastit sisältävät sisäisen membraanijärjestelmän, joka koostuu tylakoideiksi kutsuttuista rakenteista ja jotka toimivat valon energian muuntamisessa kemialliseksi energiaksi. Hiilidioksidi muuttuu hiilihydraateiksi prosessissa, jota kutsutaan hiilen kiinnitykseksi tai Calvin-sykliksi. hiilihydraatit voidaan varastoida tärkkelyksen muodossa, käyttää hengityksen aikana tai käyttää selluloosan tuotannossa. Prosessissa syntyvä happi vapautuu ilmakehään kasvien lehtien huokosien kautta stomata.
Kasveilla on tärkeä rooli ravinteiden kierto, erityisesti hiili ja happi. Vesikasvit ja land kasvit (kukkivat kasvit, sammalit ja saniaiset) auttavat säätelemään ilmakehän hiiltä poistamalla hiilidioksidia ilmasta. Kasvit ovat tärkeitä myös hapen tuotannolle, joka vapautuu ilmaan arvokkaana fotosynteesin sivutuote.
levät ovat eukaryoottisia organismeja, joilla on molempien ominaisuudet kasvit ja eläimet. Kuten eläimet, levät kykenevät syömään orgaanisessa aineessa ympäristössään. Jotkut levät sisältävät myös organelleja ja eläinsoluissa olevia rakenteita, kuten siimoja ja keskusjyvänen. Kasvien tavoin levät sisältävät fotosynteettisiä organelleja, joita kutsutaan kloroplasteiksi. Klooroplastit sisältävät klorofyllin, vihreän pigmentin, joka imee valoenergiaa fotosynteesiin. Levät sisältävät myös muita fotosynteettisiä pigmenttejä, kuten karotenoideja ja fykobiliineja.
Levät voivat olla yksisoluisia tai olemassa suurina monisoluisina lajeina. He elävät monissa luontotyypeissä, mukaan lukien suola ja makea vesi vesiympäristöt, märkä maaperä tai kosteilla kivillä. Kasviplanktoniksi kutsuttuja fotosynteettisiä leviä löytyy sekä meri- että makean veden ympäristöistä. Suurin osa meren kasviplanktonista koostuu piileviä ja panssarisiimaleviä. Suurin osa makean veden kasviplanktonista koostuu vihreistä levistä ja sinilevistä. Kasviplanktoni kelluu lähellä veden pintaa saadakseen paremman pääsyn auringonvaloon, jota tarvitaan fotosynteesiin. Fotosynteettinen levä on elintärkeä globaalille ravinteiden kierto kuten hiili ja happi. Ne poistavat hiilidioksidin ilmakehästä ja tuottavat yli puolet maailman happea saannista.
Euglena ovat yksisoluisia protisteja suvussa Euglena. Nämä organismit luokiteltiin turvapaikkaan Euglenophyta levien kanssa niiden fotosynteettisen kyvyn vuoksi. Tutkijat uskovat nyt, että ne eivät ole leviä, mutta ovat saaneet fotosynteettisen kykynsä endosymbioottisen suhteen vihreiden levien kanssa. Sellaisenaan, Euglena on sijoitettu turvapaikkaan Euglenozoa.
Sinilevät ovat hapellinen fotosynteesibakteerit. He korjaavat aurinkoenergiaa, imevät hiilidioksidia ja vapauttavat happea. Kuten kasvit ja levät, sinilevät sisältävät klorofylli ja muuntaa hiilidioksidi sokeriksi hiilen kiinnityksen avulla. Toisin kuin eukaryoottiset kasvit ja levät, sinilevät ovat prokaryoottiset organismit. Heistä puuttuu kalvo sidottu tuma, kloroplastissa, ja muut soluelimiin löytyi kasvit ja levät. Sen sijaan sinileväbakteereilla on kaksinkertainen ulompi solukalvo ja taitetut sisäpuolen tylakoidikalvot, joita käytetään fotosynteesi. Syanobakteerit kykenevät myös kiinnittymään typpeen, prosessi, jolla ilmakehän typpi muuttuu ammoniakkiksi, nitritiksi ja nitraatiksi. Kasvit absorboivat nämä aineet biologisten yhdisteiden syntetisoimiseksi.
Sinileviä löytyy monista maan biomit ja vesiympäristöt. Joitakin pidetään ekstremofiilejä koska he asuvat erittäin vaikeissa olosuhteissa, kuten hotsprins ja hypersaline-lahdet. Gloeocapsa-sinilevät voi jopa selviytyä avaruuden ankarissa olosuhteissa. Sinileviä esiintyy myös kasviplanktonin ja voi elää muissa organismeissa, kuten sienissä (jäkälä), protistsja kasvit. Sinilevät sisältävät pigmenttejä fykoerytriiniä ja fykosyaniinia, jotka ovat vastuussa niiden sinivihreästä väristä. Näitä bakteereita kutsutaan joskus ulkonäöltään sinileväksi, vaikka ne eivät olekaan leviä.
Hapettumaton fotosynteesi bakteerit ovat photoautotrophs (syntetisoida ruokaa auringonvalolla), jotka eivät tuota happea. Toisin kuin sinilevät, kasvit ja levät, nämä bakteerit eivät käytä vettä elektroninluovuttajana elektronin kuljetusketju ATP: n tuotannon aikana. Sen sijaan he käyttävät vetyä, rikkivetyä tai rikkiä elektroninluovuttajina. Hapettumattomat fotosynteettiset bakteerit eroavat myös sinilevästä siinä, että niissä ei ole klorofylliä valon absorboimiseksi. Ne sisältävät bakterioklorofyllijohdannaisten, joka kykenee absorboimaan lyhyempiä aallonpituuksia valoa kuin klorofylli. Sellaisenaan bakteereja, joilla on bakteriofloorifyllia, on yleensä löydettävissä syvistä vesialueista, joihin lyhyemmät valonpituudet pääsevät tunkeutumaan.
Esimerkkejä hapettumattomista fotosynteettisista bakteereista ovat violetit bakteerit ja vihreät bakteerit. Violetit bakteerisolut tulevat sisään erilaisia muotoja (pallo, sauva, spiraali) ja nämä solut voivat olla liikkumattomia tai liikkumattomia. Violetti rikkibakteereita esiintyy yleisesti vesiympäristöissä ja rikkilähteissä, joissa rikkivetyä on läsnä ja happea puuttuu. Violetit ei-rikkibakteerit käyttävät pienempiä sulfidipitoisuuksia kuin purppuran rikkibakteerit ja keräävät rikkiä solujensa ulkopuolelle solujensa sijaan. Vihreät bakteerisolut ovat tyypillisesti pallomaisia tai sauvamaisia ja solut ovat pääasiassa liikkumattomia. Vihreät rikkibakteerit käyttävät sulfideja tai rikkiä fotosynteesiin, eivätkä ne selviä hengissä. Ne keräävät rikkiä solujensa ulkopuolelle. Vihreät bakteerit viihtyvät sulfidirikkaissa vesieliöissä ja muodostavat joskus vihertäviä tai ruskeita kukintoja.