太陽是地球最豐沛的永續能源，每天輻射到地球的能量約為1.5×1022KJ，其中99%的三分之二被陸地和海洋吸收，用於加熱地球。三分之一隨光反射回空間而喪失；約有1%被植物、光合細菌等光合生物吸收。
 
光合作用是地球最大且最廣泛的有機合成反應。地球每年約有1011噸的碳被固定，其中三分之一主要由海洋中的光合微生物所固定；植物葉綠體含有一個特有的酶促機制，可催化二氧化碳轉變為還原性的有機化合物，此一過程被稱為二氧化碳固定或碳固定，也稱為碳同化，因此整個光合作用過程也可統稱為碳固定。

綠色植物在光合作用中發生從二氧化碳和水到糖的淨合成，而能否發生醣類淨合成是區分自養生物、異養生物和兼養生物的根本標誌。地球經過四十六億年漫長演化至今，除了植物和光合微生物之外，沒有任何一種動物可以行光合作用。

 
雖然有許多動物包括人類體內，也能通過催化反應把二氧化碳連接到有機化合物受體上，但這些反應不能達到有機碳的淨積累。如在脂肪酸生物合成中二氧化碳被共價連接到乙醯-CoA而形成丙二酸單醯-CoA，但這樣的碳固定方式會在下一步的反應中被釋放，故此類的反應都是自體耗能反應。
     
綠色植物在它的葉綠體中含有一個特有的酶促機制，此關鍵反應的酶是核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶，簡稱為RuBisCO。此酶可催化二氧化碳與RuBP加成，也能催化氧與RuBP反應。

存在葉綠體基質中的RuBisCO，是一個很豐富的酶，約佔總葉綠蛋白的50%。據估計世界上RuBisCO約有4×107噸，可說是最豐富的蛋白質。RuBisCO催化二氧化碳轉變為還原性的有機化合物，這一過程被稱為二氧化碳固定或碳固定，也稱為碳同化。二氧化碳固定是通過循環途徑進行的，途徑中關鍵中間物不斷地被再生，其循環途徑最先在20世紀50年代初由美國的卡爾文及其同事們所闡明：並因此稱為卡爾文循環。

 

圖一：驅動後的葡萄糖由4000 QTRAP（液態層析串聯質譜儀）測其分子量。
 

圖二：由核磁共振光譜儀器（NMR）比較驅動樣品及標準葡萄糖液的構造式。
  
新種人類體內有一套碳固定機制，可將氧合作用所產生的二氧化碳和水合成醣類，此醣類淨合成物經實驗室以本氏液分光光度計、液態層析質譜儀和核磁共振等儀器檢測，統計分析顯著（p=0.023）證明為新種人類碳固定的醣類淨合成（參見附圖）。

植物利用特有的酶促機制及核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶，催化二氧化碳轉變為還原性的有機化合物，新種人類則利用新發現的絕對恆定態能源和新生物學工程技術，控制反應物和產物特定的自由能，使反應物自由能的總和與產物自由能總和發生平衡，發生從二氧化碳和水到糖的淨合成。新種人類碳固定所需要的自由能為：
6CO2   ＋ 6H2O（水） →  C6H12O6   ＋ 6O2
6×(-394) 
 6×(-237.19) 
-916.916
6×(-485.344)
-2364
-1423.14
-916.916
-2912.064
-2364－1423.14＝
-916.916－2912.064＝
ΔGr＝-3787.14 kJ/mole
ΔGp＝-3828.98 kJ/mole
ΔGp－ΔGr＝ΔG＝-3828.98－(-3787.14)
＝-41.84 kJ/mole

粒線體基質內合成每一個葡萄糖約需要30個ATP；氧化葡萄糖需要38個ATP，但是在膜上流失很多，因此計算每一分子葡萄糖大約產生30個ATP。
1個ATP ≒ -30.5kJ/mole
30個ATP × -30.5 kJ/mole≒-915kJ/mole

新種人類碳固定機制也是新種人類的產氧呼吸系統生化反應基礎，這項新功能的進化出現，除了改變人體營養及能量供應方式之外，也改變人類碳氧呼吸循環的代謝模式，徹底改寫人類演化史。

 

參考文獻：

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2. Guyton, Arthur C. and John E. Hall. Textbook of Medical Physiology. Twelfth edition.
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5. McKinley Michael and Valerie Dean O'Loughlin. Human Anatomy. Second edition.
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7. Stryer, Labert, J.M. Berg, and J.L. Tymoczko. Biochemistry. Sixth edition.
 
 
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