Les cellules végétales effectuent les réactions lumineuses et sombres de la photosynthèse, y compris la synthèse du sucre, le glucose, en aussi peu que 30 secondes. Encore plus étonnant, les feuilles d'épinard exposées à un éclair de lumière peuvent forment des précurseurs stables à 3 atomes de carbone du glucose en seulement cinq secondes.
Les biologistes divisent la photosynthèse en deux étapes : les réactions lumineuses, qui utilisent directement la lumière du soleil, et les réactions sombres, qui peuvent avoir lieu en l'absence de lumière. Chez les plantes, la photosynthèse a lieu dans des organes spécialisés appelés chloroplastes, qui utilisent l'énergie de la lumière du soleil pour déclencher une réaction de la chlorophylle chimique. Les molécules d'eau sont divisées au cours de cette réaction, ce qui génère de l'oxygène comme sous-produit. Les cellules végétales utilisent ce flux d'électrons pour créer un gradient de protons, ce qui leur permet de générer le vecteur d'énergie ATP, ainsi que de réduire le NADP en NADPH ; ceci marque la fin des réactions légères.
Les réactions sombres sont parfois appelées le cycle de Calvin, du nom de Melvin Calvin, le scientifique qui les a découvertes dans les années 40. Ces réactions ont lieu dans la stomie ou la matrice du chloroplaste, contrairement aux réactions lumineuses qui se déroulent le long de la membrane thylakoïde. Le chloroplaste utilise l'ATP et le NADPH générés dans les réactions lumineuses avec de l'eau pour attacher le dioxyde de carbone à un sucre appelé ribulose bisphosphate. Six tours du cycle de Calvin sont nécessaires pour générer un sucre à six carbones tel que le glucose.
