Dalam alga dan tumbuhan tingkat tinggi terdapat mekanisme karboksilasi primer tunggal yang menghasilkan sintesis cair senyawa karbon: Siklus Calvin atau jalur pentosa fosfat.
Siklus ini umum untuk semua tanaman, meskipun ada beberapa dengan mekanisme fiksasi karbon tambahan. Sebagai aturan, semua karbon organik di biosfer melewati siklus Calvin. Ini terjadi di kloroplas dan terdiri dari 13 reaksi yang dikatalisis oleh 11 enzim yang berbeda.
Empat langkah utama akan dijelaskan di bawah ini
1- Karboksilasi ribulosa 1,5 bifosfat (RuBP) untuk menghasilkan dua molekul 3-fosfogliserat. Reaksi ini dikatalisis oleh ribulosa 1,5 bifosfat karboksilase/oksigenase (Rubisco)
2- Reduksi 3-fosfogliserat menjadi triosa fosfat dengan pengeluaran ATP dan NADPH.
3- Regenerasi akseptor utama, RuBP, di mana 5 molekul dari 3 karbon (triosa dan fosfat) disusun ulang untuk membentuk 3 molekul dari 5 karbon (pentosa fosfat) dan pelepasan molekul 3-karbon untuk pembentukan gula selanjutnya sebagai glukosa (6 karbon). Satu lagi ATP diperlukan untuk mengubah pentosa fosfat menjadi RuBP. Jadi 3 ATP dan 2 NADPH diperlukan untuk setiap molekul karbon dioksida yang terikat.
4- Pada setiap 3 putaran dalam siklus, satu molekul triosa fosfat diregenerasi dari 3 molekul CO 2 . Triosa fosfat dapat digunakan baik untuk sintesis pati, misalnya, dan untuk membentuk lebih banyak akseptor primer (RuBP), memasuki siklus Calvin lagi.
Pengurangan karbon terjadi di stroma kloroplas melalui serangkaian reaksi yang dikenal sebagai siklus Calvin, yang penemunya Melvin Calvin memenangkan Hadiah Nobel atas karyanya untuk menjelaskan jalur ini.
Siklus Calvin analog dengan siklus Krebs, dengan mempertimbangkan bahwa pada akhir setiap putaran siklus, senyawa awal diregenerasi. Senyawa awal (dan akhir) dari siklus Calvin adalah gula lima karbon, yang mengandung 2 gugus fosfat-ribulosa 1,5 bifosfat (RuBP).
Prosesnya dimulai ketika karbon dioksida memasuki siklus dan “terikat” (terikat secara kovalen) ke RuBP. Senyawa enam karbon yang dihasilkan segera pecah untuk membentuk dua molekul 3-fosfogliserat atau PGA. (Setiap molekul PGA mengandung tiga atom karbon: oleh karena itu siklus Calvin disebut sebagai siklus C3 atau jalur tiga karbon.
Zat antara enam karbon tidak pernah diisolasi.
Karboksilase RuBP (biasa disebut Rubisco), enzim katalis untuk reaksi awal yang penting ini, sangat melimpah di kloroplas, terhitung lebih dari 15% dari total protein dalam kloroplas.
Siklus lengkap diuraikan pada Gambar di bawah ini. Seperti dalam siklus Krebs, setiap tahap siklus Calvin dikatalisis oleh enzim tertentu. Pada setiap putaran lengkap siklus, molekul karbon dioksida memasuki siklus dan direduksi, menghadirkan regenerasi molekul RuBP.
Enam putaran siklus, dengan pengenalan enam atom karbon, diperlukan untuk menghasilkan gula enam karbon, seperti glukosa. Persamaan umum untuk produksi molekul glukosa adalah:
6CO 2 + 12NADPH + 12H + + 18 ATP -> 1glukosa + 12NADP + + 18ADP + 18P i + 6H 2 O
Produk dari siklus ini adalah gliseraldehida 3-fosfat, molekul utama yang diangkut dari kloroplas ke sitoplasma sel. Triase fosfat yang sama ini (triase berarti gula tiga karbon) terbentuk ketika molekul fruktosa 1,6 bifosfat dipecah pada tahap keempat glikolisis dan tidak dapat diubah dengan triase fosfat lain, dihidroksiketon.
Menggunakan energi dari hidrolisis ikatan fosfat, empat tahap pertama glikolisis dapat dibalik untuk membentuk glukosa dari gliseraldehida 3-fosfat.