La fixation du carbone est un processus à l'œuvre chez les organismes dits autotrophes, qui convertissent le carboneinorganique — typiquement, le dioxyde de carbone CO2 — en composés organiques tels que des glucides. La photosynthèse en est l'exemple le plus emblématique, caractérisant les organismes dits photoautotrophes ; la chimiosynthèse est une autre forme de fixation du carbone susceptible d'avoir lieu même en l'absence de lumière — on parle alors de lithotrophie pour qualifier les organismes qui utilisent l'énergie des oxydations inorganiques pour produire leur matière vivante. Les organismes qui consomment la matière organique produite par les autotrophes sont appelés hétérotrophes[1].
La première étape de la fixation du carbone est la formation d'un groupecarboxyle–COOH sur une molécule organique, ce qu'on appelle une carboxylation ; les enzymes susceptibles de catalyser cette réaction sont appelées carboxylases : la Rubisco est à ce titre l'enzyme limitante de la photosynthèse.
On connaît aujourd'hui principalement six grandes voies métaboliques différentes de fixation du carbone[2], mais ce nombre varie selon les auteurs en fonction des variantes considérées :
↑(en) Richard J. Geider, Evan H. Delucia, Paul G. Falkowski, Adrien C. Finzi, J. Philip Grime, John Grace, Todd M. Kana, Julie La Roche, Stephen P. Long, Bruce A. Osborne, Trevor Platt, I. Colin Prentice, John A. Raven, William H. Schlesinger, Victor Smetacek, Venetia Stuart, Shubha Sathyendranath, Richard B. Thomas, Tom C. Vogelmann, Peter Williams et F. Ian Woodward, « Primary productivity of planet earth: biological determinants and physical constraints in terrestrial and aquatic habitats », Global Change Biology, vol. 7, no 8, , p. 849-882 (DOI10.1046/j.1365-2486.2001.00448.x, Bibcode2001GCBio...7..849G, lire en ligne)
↑(en) Brandon K. Swan, Manuel Martinez-Garcia, Christina M. Preston, Alexander Sczyrba, Tanja Woyke, Dominique Lamy, Thomas Reinthaler, Nicole J. Poulton, E. Dashiell P. Masland, Monica Lluesma Gomez, Michael E. Sieracki, Edward F. DeLong, Gerhard J. Herndl et Ramunas Stepanauskas, « Potential for Chemolithoautotrophy Among Ubiquitous Bacteria Lineages in the Dark Ocean », Science, vol. 333, no 6047, , p. 1296-1300 (PMID21885783, DOI10.1126/science.1203690, Bibcode2011Sci...333.1296S, lire en ligne)
↑(en) Lars Ljungdahl et Harland G. Wood, « Incorporation of C14 From Carbon Dioxide into Sugar Phosphates, Carboxylic Acids, and Amino Acids by Clostridium thermoaceticum », Journal of Bacteriology, vol. 89, , p. 1055-1064 (PMID14276095, PMCID277595, lire en ligne)
↑(en) Sylvia Herter, Georg Fuchs, Adelbert Bacher et Wolfgang Eisenreich, « A Bicyclic Autotrophic CO2 Fixation Pathway in Chloroflexus aurantiacus », Journal of Biological Chemistry, vol. 277, no 23, , p. 20277-20283 (PMID11929869, DOI10.1074/jbc.M201030200, lire en ligne)
↑(en) Nicole Kresge, Robert D. Simoni et Robert L. Hill, « The Discovery of Heterotrophic Carbon Dioxide Fixation by Harland G. Wood », Journal of Biological Chemistry, vol. 280, no 18, , p. 155-157, article no e15 (lire en ligne)