本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
光合作用的过程通常被描述为将阳光转化为糖，虽然这在广义上是正确的，但实际上发生了两个不同的生化反应。第一个反应利用阳光在细胞内部产生能量，第二个反应则吸收二氧化碳并用它来制造糖。第二个反应就是卡尔文循环，尽管现在这个名字有点过时了。更礼貌的说法是卡尔文-本森-巴瑟姆循环或还原性磷酸戊糖循环，但是，尽管要向本森和巴瑟姆先生致以歉意，卡尔文循环写起来更快。
将二氧化碳转化为糖听起来可能相当神奇，但当你考虑到二氧化碳 (CO2) 和葡萄糖 (C6H12O6) 都含有大致相同的元素时，这变得更容易理解。卡尔文循环只是添加了所有需要的额外元素。话虽如此，“只是”仍然是一项相当重要的任务，需要不同的酶以正确的顺序协同工作。
二氧化碳分子通过叶子底面的小孔扩散到细胞中。第一个吸收它们的酶叫做 Rubisco。尽管听起来像是一家小型企业，但 Rubisco 实际上是世界上最重要的酶之一。如果没有 Rubisco，植物将无法制造糖，这意味着动物将无法以植物为生。
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Rubisco 催化小分子核酮糖-1,5-二磷酸 (RuBP) 与二氧化碳的连接——从而将无机 CO2 固定为有机分子。RuBP 含有 5 个碳原子以及氧、氢和磷酸，它与 CO2 结合形成一个 6 碳分子。这个分子迅速分裂成两个小的 3 碳分子，如下面的反应方案所示
这两个 3 碳分子随后经历一系列还原阶段，在此期间它们与光合作用光反应中产生的 ATP（能量分子）和 NADPH（还原分子）反应。尽管卡尔文循环本身不需要任何光，但它完全依赖于光反应产生的分子。这个阶段产生两个 3 碳“甘油醛 3-磷酸”分子——通过进一步的反应，它可以转化为有用的植物糖。
为了继续运行卡尔文循环，以及使其成为循环而非仅仅是一个过程的原因，必须回收 Rubisco 以便去吸收新的二氧化碳分子。为此，还需要甘油醛-3-磷酸分子——这些分子被修饰然后连接在一起以重新形成 RuBP。所有这些的最终结果是，对于循环的每 3 轮，进入 3 个 RuBP 分子，出来 3 个 RuBP 分子，并产生一个新的甘油醛 3-磷酸分子。
如果这样说，它可能看起来像是付出了很多努力却收获甚微，但实际上这是一个非常稳定和重要的循环。由于循环的组分都被回收利用，Rubisco 可以不断地吸收二氧化碳并释放出糖，将无机气体转化为对生命有用的能量分子。
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特色图片由 Jon Sullivan 拍摄。更多他的精彩照片可以在这里找到。
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