No ciclo de Calvin, o CO2 é fixado através da via de três carbonos, também chamada C3.
A enzima Rubisco, na presença de grande quantidade de CO2 disponível, catalisa a carboxilação da ribulose 1,5-bifosfato com grande eficiência.
Entretanto, a Rubisco não é absolutamente específica para o CO2 como substrato. O oxigênio compete com o CO2 no sítio ativo e a Rubisco também pode catalisar a condensação do O2 com a RuBP para formar uma molécula de 3-fosfoglicerato e uma molécula de fosfoglicolato.
A utilização de O2 pela rubisco é chamado de fotorrespiração e ocorre quando a Rubisco se liga ao O2 em vez de ao CO2.
Essa é a atividade oxigenase da enzima, que é refletida em seu nome: RuBP carboxilase/oxigenase.
Nenhum carbono é fixado durante essa reação, e a energia deve ser gasta para a recuperação dos carbonos do fosfoglicolato, que não é um metabólito útil (produto metabólico). A via de recuperação é longa e emprega três organelas celulares: o cloroplasto, o peroxissomo e a mitocôndria.
A atividade oxigenase da Rubisco combinada com a via de recuperação consome O2 e libera CO2, um processo chamado fotorrespiração.
Diferentemente da respiração mitocondrial (em plantas, frequentemente referida como “respiração no escuro”, diferenciando-se da fotorrespiração, que ocorre apenas na presença de luz), a fotorrespiração é um processo dispendioso, não produzindo ATP nem NADH.