Der CAM-Stoffwechselweg der lichtunabhängigen Reaktion ist laut Erlass zwar nicht abiturrelevant, war in der Vergangenheit aber ein beliebtes Abiturthema, das häufig mit Material und dem Calvin-Zyklus als Reproduktionsaufgabe abgefragt wurde. Um das Wissen der vorherigen Kapitel zu festigen und ein mögliches Prüfungsthema aufzugreifen, behandeln wir im Folgenden einige Aspekte des CAM-Stoffwechselweges.

Bei dem CAM-Stoffwechselweg handelt es sich um einen Stoffwechselweg, der alternativ zum Calvin-Zyklus von Pflanzen in heißen Gegenden mit wenig Niederschlag genutzt wird, um Glukose zu synthetisieren.

In Regionen mit hohen Temperaturen und einem geringen Niederschlag stehen Pflanzen vor einem Problem: Um Photosynthese zu betreiben, benötigen die Pflanzen neben Licht noch Kohlenstoffdioxid und Wasser. Kohlenstoffdioxid für die lichtunabhängige Reaktion können die Pflanzen aus der Luft durch das Öffnen der Spaltöffnungen aufnehmen. Während dieser Aufnahme geht durch die hohe Temperatur Wasser, das durch den geringen Niederschlag ohnehin eine knappe Ressource darstellt, verloren. Somit sind die Pflanzen bestrebt, während der Kohlenstoffdioxid­aufnahme möglichst wenig Wasser abzugeben. An diesem Punkt setzt der CAM-Stoffwechsel weg an.

Durch diesen Stoffwechselweg können die Kohlenstoffdioxidaufnahme und die restlichen Vorgänge der lichtunabhängigen Reaktion zeitlich voneinander entkoppelt werden und zum jeweils günstigsten Zeitpunkt ablaufen. Ein günstiger Zeitpunkt für die Kohlenstoffdioxidaufnahme ist nachts, da aufgrund der geringeren Temperaturen die Wasserabgabe möglichst niedrig gehalten werden kann. Die restlichen Vorgänge der lichtunabhängigen Reaktion laufen tagsüber ab.

Nachts wird das aufgenommene Kohlenstoffdioxid in dem Cytoplasma an Phosphoenolpyruvat (PEP) durch die PEP-Carboxylase fixiert. Dabei entsteht Oxalacetat. Dieses kann unter Verbrauch von NADH + H⁺ zu Malat reduziert werden. Unter ATP-Verbrauch können Protonen in die Vakuolen aufgenommen werden. Diese bilden mit Malat Äpfelsäure. Durch die Speicherung der Äpfelsäure kann der pH-Wert während der Nacht auf bis zu 3,0 sinken. Das Phosphoenolpyruvat kann durch den Abbau von Stärke gewonnen werden.

Tagsüber wird die Äpfelsäure wieder zu Malat oxidiert. Malat wird aus den Vakuolen ausgeschleust und in die Chloroplasten aufgenommen. Dort kommt es unter Reduktion von NADP⁺ zur Abspaltung von Kohlenstoffdioxid und Pyruvat entsteht. Dieses kann genutzt, werden um Phosphoenolpyruvat zu regenerieren. Das Kohlenstoffdioxid kann in den Calvin-Zyklus eingeschleust und Glukose synthetisiert werden.