Las reacciones independientes de la luz de la fotosíntesis, conocidas como reacciones oscuras, utilizan ATP y NADPH generadas durante las reacciones de luz para sintetizar precursores de azúcar. En el escenario más común, llamado el ciclo de Calvin, dióxido de carbono Se incorpora a un compuesto estable de tres carbonos llamado fosfoglicerato (PGAL), que sirve como precursor de la glucosa y otros azúcares. Seis vueltas del ciclo de Calvin generan el equivalente de una molécula de glucosa.
Los biólogos dividen las plantas en tres categorías llamadas C3, C4 y CAM, según el mecanismo y la ubicación de las reacciones oscuras de la fotosíntesis. La mayoría de las plantas se designan como C3, lo que significa que el primer compuesto estable que generan en las reacciones oscuras es PGAL. Esta vía es óptima para plantas que viven en ambientes suaves con abundante humedad y dióxido de carbono. Los ejemplos de plantas C3 incluyen trigo, arroz, avena y tomates.
En contraste, las plantas C4 tienden a habitar ambientes más cálidos y secos. Los ejemplos incluyen maíz, caña de azúcar y sorgo. Con el fin de minimizar la pérdida de agua, las plantas C4 tienen una estructura especializada llamada anatomía de Kranz, en la que la fotosíntesis tiene lugar en células dispuestas como una capa de corona o envoltura. Las plantas C4 combinan dióxido de carbono con fosfoenolpiruvato para formar OAA (oxaloacetato). OAA se convierte en malato, que se difunde en las células de la vaina del haz y libera dióxido de carbono, que ingresa rápidamente al ciclo de Calvin. Al concentrar el dióxido de carbono en la capa celular más interna de la planta, se pierde menos agua debido a la transpiración.
Finalmente, ciertas plantas del desierto como los cactus y el agave han desarrollado una forma de fotosíntesis llamada CAM, que significa Metabolismo del Ácido Crassulacean. Estas plantas deben conservar el agua aún más eficientemente que las plantas C4. En lugar de mantener sus estomas (células de los poros) abiertos durante el día como las plantas C3 y C4, las plantas CAM las mantienen abiertas durante la noche para acumular dióxido de carbono, que almacenan como malato o aspartato en una vacuola intracelular. Durante el día, la planta aprovecha estas reservas de dióxido de carbono, canalizando el CO2 hacia el ciclo de Calvin sin perder agua al medio ambiente. Esto explica por qué los cloroplastos de los cactus se encuentran en el cuerpo de la planta en lugar de en las hojas. El ciclo CAM también explica la capacidad de los xerófitos (plantas del desierto) para sobrevivir durante meses o años sin lluvia.
