Le reazioni indipendenti dalla luce della fotosintesi, note come le reazioni scure, utilizzano ATP e NADPH generati durante le reazioni di luce per sintetizzare i precursori dello zucchero. Nello scenario più comune, chiamato Ciclo Calvin, anidride carbonica è incorporato in un composto a tre carbonio stabile chiamato fosfoglicerato (PGAL), che funge da precursore del glucosio e altri zuccheri. Sei giri del ciclo di Calvin generano l'equivalente di una molecola di glucosio.
I biologi dividono le piante in tre categorie chiamate C3, C4 e CAM, in base al meccanismo e alla posizione delle reazioni oscure della fotosintesi. La maggior parte delle piante è denominata C3, il che significa che il primo composto stabile che generano nelle reazioni scure è PGAL. Questo percorso è ottimale per le piante che vivono in ambienti miti con abbondante umidità e anidride carbonica. Esempi di piante C3 includono grano, riso, avena e pomodori.
Al contrario, le piante C4 tendono ad abitare ambienti più caldi e più secchi. Gli esempi includono mais, canna da zucchero e sorgo. Al fine di ridurre al minimo la perdita d'acqua, le piante C4 hanno una struttura specializzata chiamata anatomia Kranz, in cui la fotosintesi si svolge in cellule disposte a guaina oa strato di guaina. Le piante C4 combinano biossido di carbonio con fosfoenolpiruvato per formare OAA (ossaloacetato). L'OAA viene convertito in malato, che si diffonde nelle cellule della guaina del fascio e rilascia anidride carbonica, che entra immediatamente nel ciclo di Calvin. Concentrando il biossido di carbonio nello strato più interno della pianta, si perde meno acqua a causa della traspirazione.
Infine, alcune piante del deserto come cactus e agave hanno sviluppato una forma di fotosintesi chiamata CAM, che sta per metabolismo acido crassulaceano. Queste piante devono conservare l'acqua in modo ancora più efficiente delle piante C4. Piuttosto che tenere i loro stomi (cellule dei pori) aperti durante il giorno come le piante C3 e C4, le piante CAM li tengono aperti di notte per accumulare anidride carbonica, che immagazzinano come malato o aspartato in un vacuolo intracellulare. Durante il giorno, la pianta attinge queste riserve di anidride carbonica, incanalando la CO2 nel Ciclo Calvin senza perdere acqua nell'ambiente. Questo spiega perché i cloroplasti dei cactus si trovano nel corpo della pianta piuttosto che nelle foglie. Il ciclo CAM tiene conto anche della capacità delle xerofite (piante del deserto) di sopravvivere per mesi o anni senza pioggia.
