Pflanzenzellen führen die Licht- und Dunkelreaktionen der Photosynthese, einschließlich der Synthese des Zuckers, der Glukose, in nur 30 Sekunden durch. Noch erstaunlicher ist, dass Spinatblätter, die einem Lichtblitz ausgesetzt werden, bilden in nur fünf Sekunden stabile 3-Kohlenstoff-Vorläufer von Glucose.
Biologen teilen die Photosynthese in zwei Phasen ein: die Lichtreaktionen, die das Sonnenlicht direkt nutzen, und die Dunkelreaktionen, die ohne Licht ablaufen können. In Pflanzen findet die Photosynthese in speziellen Organen, den Chloroplasten, statt, die die Energie des Sonnenlichts nutzen, um eine Reaktion des chemischen Chlorophylls auszulösen. Bei dieser Reaktion werden Wassermoleküle gespalten, wobei als Nebenprodukt Sauerstoff entsteht. Pflanzenzellen nutzen diesen Elektronenfluss, um einen Protonengradienten zu erzeugen, der es ihnen ermöglicht, den Energieträger ATP zu erzeugen sowie NADP zu NADPH zu reduzieren; dies markiert das Ende der Lichtreaktionen.
Die dunklen Reaktionen werden manchmal als Calvin-Zyklus bezeichnet, benannt nach Melvin Calvin, dem Wissenschaftler, der sie in den 1940er Jahren entdeckte. Diese Reaktionen finden im Stoma oder der Matrix des Chloroplasten statt, im Gegensatz zu den Lichtreaktionen, die entlang der Thylakoidmembran stattfinden. Der Chloroplast verwendet das bei den Lichtreaktionen erzeugte ATP und NADPH zusammen mit Wasser, um Kohlendioxid an einen Zucker namens Ribulosebisphosphat zu binden. Sechs Umdrehungen des Calvin-Zyklus sind notwendig, um einen Zucker mit sechs Kohlenstoffatomen wie Glukose zu erzeugen.
