Les réactions de fixation du gaz carbonique et la fomation des sucres constituent la phase dite "obscure" de la photosynthèse, parceque, bien évidemment, si une source d'énergie (ATP) et une source d'équivlents réducteurs (NADPH+H) sont fournies ces réactions peuvent se déroule en l'absence de lumière. Cette vision, un peu simpliste néglige le fait que la lumière régule une grande partie de ces réactions.
La réaction générale de carboxylation est catalysée par l'enzyme RUBISCO (la protéine la plus abondante dans la nature); structure détaillée visible ICI
Photographie du dispositif expérimental de Melvin Calvin, Andrew Benson and James A. Bassham à CalTech en 1950 - le récipient en verre contient des algues vertes (chlorella) qui peuvent être illuminée; un flacon de méthanol bouillant permet de collecter les échantillon en stoppant la réaction
Le cycle de Calvin ou cycle en C3 - détails - voir aussi ICI
La photorespiration est liée à la possibilité pour l'oxygène de remplacer le gaz carbonique au niveau du site actif de la RUBISCO. La détoxification des produits formés est réalisée par le péroxysome (glyoxysome) et la mitochondrie
Cette photo illustre l'anatomie "Kranz" du maïs (plante en C4 typique): les cellules du mésophylle remplissent la lame foliaire et autour des faisceaux vasculaires (vascular bundles) on distingue clairement les grosses cellules de la gaine perivasculaire (bundle sheath cells)
Dans cette photo en micrsoscopie électronique (feuille de Sorgho) on peut constater la diversification fonctionnelle des chloroplastes; les chloroplastes des cellules de la gaine vasculaire ne possèdent pas de grana et sont très pauvre en photosystème II (il n'y a donc pas de production d'oxygène), ceux des cellules du mésophylle sont "normaux".
Schéma général de la photosynthèse en C4 voir aussi ICI
Schéma détaillé du cycle en C4 chez le maïs et la canne à sucre
Le métabolisme acide des crassulacées (CAM) caractérise les plantes grasses vivant dans des milieux désertiques
Les chloroplastes sont le site de nombreuses réactions de biosynthèse: amidon, lipides, divers métabolites primaires et secondaires