Кислородный фотосинтез преобразует около 200 миллиардов тонн углекислого газа (CO2) в год в органические соединения и производит около 140 миллиардов тонн атмосферного кислорода (O2). Фотосинтез является основой всех потребностей человека в пище и кислороде.
Фотосинтетический процесс можно разделить на два набора реакций, которые происходят в разных регионах хлоропластов растений: светозависимые реакции и светозависимые или “темные” реакции. Светозависимые реакции происходят в тилакоидной мембране хлоропласта. Он преобразует световую энергию в химическую энергию, хранящуюся в качестве АТФ и NADPH. Эта энергия затем используется в области стромы хлоропласта, чтобы уменьшить содержание углекислого газа в атмосфере в сложные углеводы через свето-независимые реакции цикла Кальвина-Бенсона.
Цикл Кэльвина-Бенсона представляет собой свето-независимый набор фотосинтетических реакций. Он использует аденозинтрифосфат (АТФ) и никотинамид-аденин динуклеотид фосфат (NADPH), генерируемый во время светозависимых реакций для преобразования атмосферного CO2 в сложные углеводы. Цикл Кэльвина-Бенсона также регенерирует аденозин-дипфосфат (ADP) и NADPдля светозависимых реакций.
В начале цикла Кэльвина-Бенсона атмосферный CO2 попадает в лист через отверстия, называемые стоматой. В области стромы хлоропласта фермент рибулоза-1,5-бисфосфат карбоксилазы/оксигеназы (RuBisCO) добавляет один атом углерода от CO2 до 5-углеродной (5C) молекулы сахара-акцептора, рибулозы-1,5-бисфосфата (RuBP). Полученная молекула 6C очень нестабильна и распадается на две молекулы 3-фосфоглицерной кислоты (3-PGA). Фермент 3-фосфоглицерат киназы использует АТФ для фосфорилата этих 3-PGA молекул для формирования 1,3-бисфосфоглицерат. Глицеральдегид 3-фосфат дегидрогеназа использует NADPH, чтобы уменьшить эти молекулы для формирования глицеральдегид 3-фосфат (G3P), 3C сахара. Этот конечный продукт дает название C3 фиксации углерода-псевдоним для цикла Кэльвина-Бенсона .
Чтобы исправить шесть молекул CO2, цикл Кэльвина-Бенсона уменьшает 12 NADPH и 18 молекул АТФ. Эти источники энергии пополняются светозависимыми реакциями фотосинтеза. Шесть CO2 прилагаются к шести молекулам 5C (RuBP), которые распадаются на 12 молекул 3C (G3P). Десять из этих молекул G3P регенерируют шесть молекул приёмщика RuBP, чтобы продолжить цикл. Две молекулы G3P преобразуются в одну глюкозу. G3P также может быть использован для синтеза других углеводов, аминокислот и липидов.
