Chất hữu cơ được tổng hợp ở thực vật thông qua quá trình quang hợp. Quang hợp là quá trình thực vật thu nhận và chuyển hóa năng lượng ánh sáng, tổng hợp nên các chất hữu cơ từ các chất vô cơ như nước, khí carbon dioxide, diễn ra ở tế bào có chứa chất diệp lục, đồng thời thải ra khí oxygen.

Các bộ phận của lá cây và chức năng của chúng trong quá trình quang hợp:

- Phiến lá: dạng bản dẹt giúp thu nhận được nhiều ánh sáng.

- Lục lạp (ở lớp tế bào giữa lá): chứa diệp lục thu nhận ánh sáng dùng cho tổng hợp chất hữu cơ của lá cây.

- Gân lá: chứa mạch dẫn giúp vận chuyển nước cung cấp nguyên liệu cho quá trình quang hợp đến lục lạp và vận chuyển chất hữu cơ là sản phẩm cho quá trình quang hợp từ lục lạp về cuống lá, từ đó vận chuyển đến các bộ phận khác của cây.

- Khí khổng (phân bố trên bề mặt lá): có vai trò chính trong quá trình trao đổi khí (cung cấp CO₂ cho quá trình quang hợp và giải phóng O₂ được tạo ra do quá trình quang hợp) và thoát hơi nước.

Lá cây đã có cấu tạo thích nghi với chức năng quang hợp như sau:

- Phiến lá có dạng bản dẹt, mỏng giúp thu nhận được nhiều ánh sáng.

- Trong lớp biểu bì của mặt lá có khí khổng để cho khí CO₂ khuếch tán vào bên trong lá đến lục lạp cung cấp cho quá trình quang hợp đồng thời để cho khí O₂ là sản phẩm của quá trình quang hợp khuếch tán ra khỏi lá.

- Tế bào ở lớp giữa của lá chứa nhiều diệp lục để trực tiếp hấp thụ được năng lượng của các tia sáng chiếu lên lá.

- Hệ gân lá phát triển, chứa các mạch gỗ (con đường cung cấp nước cùng các ion khoáng cho quang hợp) và mạch rây (con đường dẫn sản phẩm quang hợp ra khỏi lá).

- Ở thực vật, tất cả các bộ phận chứa diệp lục của cây như thân non, cành non, lá, quả xanh,… đều có khả năng quang hợp. Do đó, lá chỉ là bộ phận chính thực hiện chức năng quang hợp chứ không phải là bộ phận duy nhất có khả năng quang hợp.

- Cây có lá tiêu biến như cây xương rồng thì vẫn có thể quang hợp được. Vì ở những cây này, thân hoặc cành sẽ có lục lạp (biểu hiện là thân hoặc cành có màu xanh) nên thân hoặc cành sẽ thay lá làm nhiệm vụ quang hợp.

- Các chất tham gia quá trình quang hợp ở thực vật:

 + Nước

 + Carbon dioxide (CO₂)

 + Ánh sáng

- Các sản phẩm tạo thành trong quá trình quang hợp ở thực vật:

 + Chất hữu cơ

 + Oxygen (O₂)

Quang hợp có vai trò quyết định đối với sự sống trên Trái Đất:

- Quang hợp tạo ra các chất hữu cơ phục vụ đời sống của các sinh vật như làm thức ăn, nơi ở; làm nguyên liệu cho công nghiệp; làm dược liệu;… Không có quang hợp sẽ không có sự tổng hợp chất hữu cơ → tất cả các loài sinh vật sẽ chất.

 - Quang hợp hấp thụ khí Carbon dioxide (CO₂) và giải phóng khí Oxygen (O₂) giúp điều hòa không khí, cung cấp Oxygen cho sự sống. Không có quang hợp, tất cả những loài hiếu khí (cần Oxygen cho sự sống) cũng sẽ chết.

Những sinh vật có thể quang hợp là:

- Thực vật

- Tảo

- Một số vi khuẩn như vi khuẩn lam,…

Quan sát hình ảnh ta thấy, quá trình trao đổi và chuyển hóa các chất trong quang hợp ở lá cây luôn đi cùng với chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học trong các hợp chất hữu cơ:

- Năng lượng ánh sáng Mặt Trời được lục lạp hấp thụ, một phần chuyển hóa thành năng lượng hóa học dự trữ trong chất hữu cơ ở lá cây

- Nước và carbon dioxide từ môi trường ngoài được hấp thụ và vận chuyển đến lục lạp, qua các quá trình biến đổi tạo thành chất hữu cơ và oxygen.

→ Quá trình trao đổi chất và chuyển hóa các chất trong quang hợp có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, luôn diễn ra đồng thời, gắn liền với nhau

Sơ đồ dạng chữ thể hiện mối quan hệ giữa trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng ở tế bào lá cây: