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光合作用暗反应是光合作用里面的碳固定反应。是一种不断消耗ATP和NADPH并固定CO2形成葡萄糖的循环反应，又被称为卡尔文循环。卡尔文用C标记的CO2，探明了CO2转化成有机物的途径，所以暗反应过程又被称为“卡尔文循环”。
在暗反应阶段中，绿叶通过气孔从外界吸进二氧化碳，不能直接被还原氢还原。它必须首先与植物体内的C5（一种五碳化合物，二磷酸核酮糖）结合，这个过程叫做二氧化碳的固定。
一个二氧化碳分子被一个C5分子固定后，很快形成两个C3（一种三碳化合物，12甘油醛－3－磷酸）分子。在有关酶的催化作用下，C3接受ATP释放的能量并且被还原氢还原。
随后，一些接受能量并被还原氢还原的C3经过一系列变化，形成糖类。另一些接受能量并被还原氢还原的C3则经过一系列的化学变化，又形成C5，从而使暗反应阶段的化学反应持续地进行下去。
物质变化：CO2+C5化合物→2C3化合物（二氧化碳的固定）
2C3化合物+4NADPH+ATP→（CH2O）+ C5化合物+H2O（有机物的生成或称为C3的还原）
能量变化：ATP→ADP+PI（耗能）
能量转化过程：光能→不稳定的化学能（能量储存在ATP的高能磷酸键）→稳定的化学能（糖类即淀粉的合成）
| 反应阶段 | 光反应 | 碳反应（暗反应） |
| 反应实质 | 光能→化学能，释放 | 同化CO2形成（CH2O）（酶促反应） |
| 反应时间 | 短促，以微秒计 | 较缓慢 |
| 反应条件 | 需色素、光、ADP、和酶 | 不需色素和光，需多种酶 |
| 反应场所 | 在叶绿体内囊状结构薄膜上进行 | 在叶绿体基质中进行 |
| 物质转化（光反应） | 2H2O→4[H]+O2↑（在光和叶绿体中的色素的催化下） | CO2+C5→2C3（在酶的催化下） |
| 物质转化（暗反应） | ADP+Pi→ATP（在酶的催化下） | C3+[H]→（CH2O）+C5（在ATP供能和酶的催化下） |
| 能量转化 | 叶绿素把光能先转化为电能再转化为活跃的化学能并储存在ATP中 | ATP中活跃的化学能转化变为糖类等有机物中稳定的化学能 |
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