Die Fixierung von Kohlenstoffdioxid wird definiert als die biochemische Umwandlung (den Einbau) von anorganischem CO₂ in organische Kohlenstoffverbindungen durch Lebewesen. Da das Leben auf der Erde auf der chemischen Vielfalt der Kohlenstoffverbindungen beruht, d.h. alle Lebewesen Kohlenstoff für ihre Zellbestandteile und den Stoffwechsel benötigen, ist diese Fähigkeit von Pflanzen, manchen Bakterien und Archaeen die Voraussetzung für die Existenz von Lebensformen, die nicht zur Fixierung von CO₂ in der Lage sind. Zur Zeit sind vier unterschiedliche Wege wissenschaftlich anerkannt:

• Calvin-Zyklus (alternative Bezeichnungen: Calvin-Benson-Bassham-Zyklus, Reduktiver Pentosephosphat-Zyklus, Dunkelreaktion der Photosynthese)
• Reduktiver Citrat-Zyklus (alternative Bezeichnung: Arnon-Buchanan-Zyklus)
• Reduktiver Acetyl-CoA-Weg (alternative Bezeichnungen: Wood-Ljungdahl-Weg, CO-Dehydrogenase/Acetyl-CoA-Synthase-Weg)
• 3-Hydroxypropionat-Zyklus

Während Pflanzen und Cyanobakterien nur den Calvin-Zyklus nutzen, finden sich die anderen Wege bei unterschiedlichsten Vertretern in den Reichen der Bakterien und Archaeen, die dadurch in der Lage sind, mit Kohlenstoffdioxid als einziger Kohlenstoffquelle (-> autotroph) zu wachsen.

Prinzip der CO₂-Fixierung bei Pflanzen

Die CO₂-Fixierung in Pflanzen findet, wie auch der Rest der Photsynthese, in den Chloroplasten statt. Die eigentliche CO₂-Fixierung wird durch das Enzym Ribulosebisphosphat-Carboxylase oder kurz 'Rubisco' realisiert und wird als Dunkelreaktion bezeichnet. Dabei wird CO₂ an einen C5-Zucker (Ribulose 1,5 bisphosphat) gebunden, es entsteht ein C6-Zucker. Durch den Calvin-Zyklus wird der C5-Zucker wiederhergestellt und C3-Zucker als Reaktionsprodukt für weitere Synthesen ausgeschleust. In CAM-Pflanzen und C4-Pflanzen findet eine Vorfixierung und teilweise Aufkonzentrierung bzw Speicherung an C3-Körper statt. Diese geben dann das CO₂ über das Phosphoenolpyruvat wieder an Rubisco ab.

Biochemie | Photosynthese

Carbon fixation | Fixation du carbone | 炭素固定