Setelah kloroplas menangkap energi cahaya untuk menghasilkan NADPH dan ATP, kedua molekul ini yang mempunyai tenaga pereduksi, mereduksi CO2 yang ditambat, menjadi gugus karboksil asam tiga karbon. Sebenarnya hanya NADPH yang merupakan pereduksi, sedangkan ATP hanya memperlancar proses reduksi. Walaupun tumbuhan mempunyai mekanisme berbeda-beda dalam penambatan CO2 menjadi asam organic, NADPH dan ATP selalu terlibat dalam reduksi sampai terbentuknya karbohidrat. Urutan reaksi penambatan CO2 dan pembentukan karbohidrat terungkap sekitar tahun 1945 dengan tersedianya karbon radioaktif.
Produk Penambatan CO2
Produk pertama yang diketahui melalui kromatografi dengan menggunakan CO2 yang atom C-nya radioaktif (C14) pada eksperimen yang menggunakan ganggang Chlorella yaitu asam tiga karbon terfosforilasi yang dinamakan 3-asam fosfogliserat ( 3-PGA). Asam ini merupakan produk pertama yang terlacak dari penambatan CO2 fotosintesis pada ganggang dan beberapa tumbuhan tertentu.
Diharapkan bahwa senyawa yang biasa bergabung dengan C14O2 akan tertimbun jika C14O2 diberikan kepada ganggang sebentar saja dan kemudian pasokan CO2 tiba-tiba dihentikan. Tidak ditemukan senyawa dua karbon. Bahan yang tertimbun adalah gula lima karbon yang terfosforilasi pada tiap ujungnya yang disebut ribulosa-1,5 bifosfat (RuBP), pada saat yang sama jumlah 3-PGA bertanda sangat berkurang, yang menunjukkan bahwa RuBP merupakan substrat normal, dan dengan penambatan CO2 membentuk PGA.
Daur Calvin
Penyelidikan terhadap senyawa radioaktif tambahan yang terbentuk dengan cepat dari C14O2 memastikan adanya gula fosfat lainnya yang mengandung empat, lima, enam, dan tujuh karbon. Dengan memperhatikan urutan waktu setiap gula fosfat mendapatkan tanda dari C14O2, dan kemudian merombaknya untuk menetapkan atom mana yang mengandung C14, sehingga dapat diketahui lintasan metabolisme yang menghubungkan senyawa satu dengan senyawa lainnya.
Daur Calvin dimulai ketika senyawa 3-fosfogliserat (PGA) oleh ATP dan NADPH2 serta enzim triosa fosfat dehidrogenase diubah menjadi 3-fosfogliseraldehida (PGAL) kemudian diubah menjadi dihidroksi-aseton fosfat (DHAP) oleh triosafosfat isomerase.
Dari kcdua triosa itu dibentuk fruktosa 1-6 difosfat (FDP) oleh aldolase. FDP kemudian diubah menjadi fruktosa-6-fosfat (F-6-P) oleh fosfatase dan dilepaskan fosfat anorganik (Pi). Selanjutnya F-6-P dengan PGAL oleh transketolase diubah menjadi eritrosa-4-fosfat (E-4-P) dan xilulosa-5-fosfat (Xu-5-P). Ritrosa-4-fosfat berkondensasi dengan DHAP oleh aldolase membentuk sedoheptulosa 1-7- difosfat (SDP). SDP melepaskan Pi menjadi sedoheptulosa-7-fosfat ( S-7-P) oleh fosfatase .
Kemudian S-7-P dengan PGAL oleh transketolase diubah menjadi ribosa-5-fosfat ( R-5-P) dan Xu-5-P. Xilulosa-5-fosfat membentuk R-5-P oleh epimerase. R-5-P diubah oleh isomerase menjadi ribulosa-5-fosfat (Ru-5-P), yang selanjutnya oleh ribulosa fosfat kinase dan ATP diubah menjadi ribulosa-l,5- bifosfat ( RuBP) dan ADP. RuBP yang dihasilkan dapat digunakan untuk memulai lagi daur dengan bereaksi dengan CO2.
Daur Calvin berlangsung dalam stroma kloroplas dan terdiri atas tiga bagian utama yaitu : karboksilasi, reduksi, dan regenerasi RuBP. Karboksilasi adalah penambatan CO2 dan H2O ke RuBP membentuk molekul PGA, sedangkan reduksi adalah perubahan gugus karboksil dalam PGA menjadi gugus aldehid dalam PGAL. Sedangkan regenerasi RuBP diperlukan untuk bereaksi kerabali dengan CO2 yang bcrdifusi ke dalam daun melalui stomata.Fase ini sangat kompleks dan melibatkan gula dengan empat, lima, enam, dan tujuh karbon.
