Фотосинтездің жарық сатысында синтезделген НАДФН және АТФ молекулалары қараңғылық жағдайда да жүзеге асатын -көмірқышқыл газының көмірсуларға айналу реакцияларында пайдаланылады. Өсімдіктер физиологиясының қазіргі кездегі жетістіктеріне сәйкес, фотосинтездің қараңғы сатысындағы реакциялары үш бағытта жүреді. Олардың ішіндегі негізгісі — көмірқышқыл газының тотықсызданып, көмірсуларға айналу реакциялары болып есептеледі. Осы реакциялардың неден басталып немен аяқталатындығын, яғни бірізділігін жете зерттеп, қалыптастырған Америка ғалымы Мельвин Кальвин болатын. Сол кісінің қүрметіне бүл реакциялар Калъвин циклі, кейінгі кезде оны қосымша фотосинтездің С3-жолы деп те атайды. Фотосинтезді тек осы бағытпен жүзеге асыратын өсімдіктер әдетте қоңыржай аймақтарда өсіп-өнеді.
Фотосинтездің С-жолы деп аталатын бағыт тропикалық аймақтарда өсіп-өнетін өсімдіктерге тән. Тек жасаңшөптер (суккуленттер) тұқымдасына тән үшінші бағыт органикалық қышқылдар метаболизмі деп аталады. Бұл өсімдіктер негізінен қуаңшылықты далалық аймақтарда өсіп-өнеді.
С3-өсімдіктерде көмірқышқыл газының көмірсуларға айналуы тек Кальвин циклінің реакциялары арқылы жүзеге асады. С4- және ЖОҚМ — өсімдіктерде аталған цикл бар. Бірақ, оларда көмірқышқыл газының көмірсуларға айналу процесіне ферменттік басқа реакциялар да енеді. Осы қосымша реакциялардың жүзеге асатын орындары және мезгілдері жағынан С4- және ЖОҚМ-өсімдіктердің өздеріне тән ерекшеліктері болады.
Ол ерекшеліктер сол өсімдіктердің жапырақтарындағы морфологиялық, анатомиялық айырмашылықтарына да байланысты. Жапырақ бетінің 1 см2 ауданына есептегендегі устьицалар саны С3- және С4-өсімдіктерде 5000-нан 30000 аралығында болады. Бірақ С4-өсімдіктердің устьицалары газдардың ірігуіне (диффузия) көбірек кедергі жасайды.
ЖОҚМ — өсімдіктердің устицаларының саны онша көп болмайды (100-800 см2); диффузиялық кедергісі жоғары. С4-өсімдіктердің жапырақтарында тарамдалып, торланған ауа қуыстары көп болады да, фотосинтездеуші клеткалардың көпшілігін ауамен қамтамасыз етеді. Бүл өсімдіктерде фото-синтездік реакциялардың бір тобы мезофилл клеткаларында, екінші тобы өткізгіш шоқтарын қоршау клеткаларында жүреді. ЖОҚМ-өсімдіктерде ауа қуыстары аз болады және фотосинтездеуші аппараты ауаның кіру жолынан 7-9 клеткалық қабатпен бөлініп жатады. Сондықтан бұл өсімдіктерде газдардың жапыраққа енуі жэне қайта бөлінуі өте төмен болады.