叶绿素是一种复杂的有机分子，它能使植物和其他生物体（比如蓝藻）进行光合作用——利用太阳光把二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气。葡萄糖是一种能量源，用于驱动生物体的生长和发育，而作为副产物的氧气对所有动物来说都是必不可少的。在植物中，叶绿素的作用就像人类的消化系统一样，能够把摄入的物质转化成可用的能量（以葡萄糖的形式）。如果能量不是立即所需，将会被储存为淀粉，以备日后使用。因此，叶绿素是最重要的生物化合物之一。
从化学结构上看，叶绿素是一种镁卟啉化合物。其中含有一个卟啉环，这是由碳原子和氮原子组成的杂环化合物。杂环上的四个氮原子键合到一个镁离子中心，形成共轭体系。这使得电子可以在结构中自由移动，所以这种化合物可以为其他分子提供电子，并且也可以接受电子。
另一方面，太阳光是一种复合光，包含可见光谱中的所有光。叶绿素会强烈地吸收太阳光中的红光和蓝光，对于绿光吸收最少，于是绿光几乎都被反射出来，这就是为什么植物大都是绿色的。
被叶绿素吸收的太阳光则被用来激发电子，导致叶绿素失去电子，从而使叶绿素获得很强的氧化性。这些处于激发态的叶绿素分子能够促使水分子分解成氢离子和氧气，并释放出电子。这个过程并不容易，想想在实验室中分解水需要很高的温度或者很强的电流。水解产生的电子一部分会进一步参与反应，另一部分又会补充给失去电子的叶绿素。经过一系列的反应之后，水和二氧化碳结合形成了葡萄糖，并释放出氧气。因此，植物的光合作用就是把光能转化为电能，再把电能转化为化学能。
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