Chlorophyll und Magnesium sind insofern verwandt, als das Chlorophyllmolekül ein Magnesiumion enthält. Grüne Pflanzen sind für die Photosynthese auf Chlorophyll angewiesen, und Magnesium wird für die Chlorophyllproduktion benötigt. Dieses Element ist daher ein essentieller Nährstoff für grüne Pflanzen. Bei der Photosynthese nutzen grüne Pflanzen die Energie des Sonnenlichts, um aus Wasser und Kohlendioxid Glukose zu synthetisieren. Als Nebenprodukt dieser Reaktion entsteht Sauerstoff, und daher ist dieser Prozess weitgehend für die Aufrechterhaltung des Sauerstoffgehalts auf dem Planeten verantwortlich.
Aufgrund seiner Struktur spielt Chlorophyll eine entscheidende Rolle bei der Photosynthese. Chlorophyllmoleküle sind Porphyrine, eine Gruppe von Verbindungen, die eine Anordnung von vier Stickstoffatomen mit einem Raum im Zentrum gemeinsam haben, der es ihnen ermöglicht, ein Metallion einzubauen, das an die Stickstoffatome binden kann. Diese Formation besteht in Molekülen von Chlorophyll und Magnesiumionen sitzen im Zentrum. Porphyrine sind aufgrund ihrer Neigung, Licht bestimmter Frequenzen zu absorbieren, oft stark gefärbt. Chlorophyll absorbiert rotes und blaues Licht sehr effizient und lässt grünes Licht zurückreflektiert werden; dies erklärt die Farbe der grünen Pflanzen.
Die Photosynthese umfasst eine Reihe von Schritten, aber im Wesentlichen beinhaltet sie die Übertragung von Elektronen von Wasser (H2O) auf Kohlendioxid (CO2), wodurch Sauerstoff (O2) aus dem Kohlendioxid freigesetzt wird, wodurch sich das Wasser mit Kohlenstoff verbinden kann Glucose (C6H12O6) – das einfachste Kohlenhydrat. Der Prozess ist sehr komplex, folgt aber der Gleichung: 6H2O + 6CO2 6O2 + C6H12O6. Glukose ist die Hauptenergiequelle für Pflanzenzellen und auch für Tiere, die sie direkt oder indirekt aus Pflanzen gewinnen. In einem entscheidenden Schritt regt das von Chlorophyll absorbierte Licht Elektronen in den Molekülen an, sodass diese auf andere Moleküle übertragen werden können. Chlorophyll und Magnesium sind in diesem Schritt verbunden, da Magnesium dem Molekül hilft, Licht zu absorbieren und die Elektronen in einem angeregten Zustand hält, damit sie übertragen werden können.
Abgesehen von seiner Rolle im Chlorophyll ist Magnesium auch an der Abscheidung des Kohlendioxids beteiligt, das den Kohlenstoff für die Glukoseherstellung liefert. Es hilft, das Enzym Ribulose-1,5-Biphosphat-Carboxylase-Oxygenase (RuBisCO) zu aktivieren, das den Einbau von Kohlendioxid in Moleküle katalysiert, die an der Photosynthese beteiligt sind. Dieser Vorgang wird als Kohlendioxid-Fixierung bezeichnet.
Die Produktion von Chlorophyll und die Verfügbarkeit von Magnesium im Boden stehen in engem Zusammenhang. Magnesiummangel äußert sich bei Pflanzen durch eine Gelbfärbung der Blätter zwischen den Adern. Dies ist als Chlorose bekannt und wird in der Regel zuerst in älteren Blättern beobachtet, da die Pflanze Chlorophyll in älteren Teilen der Pflanze abbaut, um das Niveau in aktiv wachsenden Bereichen aufrechtzuerhalten. Wenn Böden einen Mangel an diesem Element aufweisen, können sie mit einer Magnesiumquelle wie gemahlenem Dolomitkalkstein oder Magnesiumsulfat, auch als Bittersalz bekannt, behandelt werden.