卡爾文循環

卡爾文循環將每個CO₂附著在一個稱為二磷酸核酮糖（ribulose bisphosphate；簡稱RuBP）的五碳糖磷酸酯上。催化這起始步驟的酵素是二磷酸核酮糖羧化酶（RuBP carboxylase，又稱rubisco，簡寫RuBisCO，是葉綠體中含量最多的蛋白質，同時也因另一個反應而稱為1,5-二磷酸核酮糖加氧酶）。這個反應的產物，是一種含6個碳且不穩定的中間產物，其立即就會分裂為二摩尔的3-磷酸甘油酸（3-phosphoglycerate）。[1]

每個3-磷酸甘油酸會從ATP接收一個額外的磷酸根，形成中間物1,3-二磷酸甘油酸（1,3-bisphosphoglycerate;DPGA）。而後，DPGA接收由NADPH所捐出的電子對，並釋出一號碳上——也就是剛才接收的——那一個磷酸根，變成甘油醛-3-磷酸(glyceraldehyde 3-phosphate, G3P;又稱3-phosphoglyceraldehyde, PGAL)。由NADPH而來的電子还原了3-磷酸甘油酸中的羧基（carboxyl group），使PGAL生成一個羰基（carbonyl group），如此可駐留更多的位能。

G3P是一種由葡萄糖經過醣酵解所產生的三碳糖。每3摩尔的CO₂可產生6摩尔的G3P，但是只有1摩尔的這種三碳糖能夠真正被獲得。循環一開始是以具有15個碳的碳水化合物去形成3摩尔的五碳糖RuBP。現在具有18個碳的碳水化合物形成了6摩尔的G3P，1摩尔脫離了循環而被植物細胞所使用，但是其他的5摩尔則被回收以形成3摩尔的RuBP。

在一連串反應中，5摩尔G3P碳骨架，在卡尔文循环的最後一個步驟被重新分配為3摩尔的RuBP。為了完成這個步驟，此循環多耗費了3摩尔的ATP，接著RuBP又準備好再度接收CO₂，使整個循環又可以繼續。為了合成1摩尔G3P，卡尔文循环總共需消耗9摩尔的ATP和6摩尔的NADPH，然後藉由光反應可再補充這些ATP和NADPH。G3P是卡尔文循环中的副產品，並且又是整個新陳代謝步驟的起動物質，可以用來以合成其他的有機化合物，包括葡萄糖和其他碳水化合物。

單獨的光反應和單獨的卡爾文循環，都不能直接利用CO₂來製造葡萄糖。光合作用是一種在完整的葉綠體中會自然發生的現象，而且葉綠體整合了光合作用的兩個階段。