光呼吸是一种依靠光来消耗O2,放出CO2的作用。在光存在下,光呼吸降低了光合作用的效率,因为光呼吸要氧化光合作用中产生的还原型的碳原子,同时消耗了大量的能量。 Rubisco除了作为羧化酶催化将CO2添加到核酮糖1,5二磷酸,生成两分子3-磷酸甘油酸外,也可作为加氧酶,利用分子氧催化核酮糖1,5二磷酸裂解成3-磷酸甘油和磷酸乙醇酸。 由于磷酸乙醇酸不能被卡尔文循环利用,所以是碳同化的废物。磷酸乙醇酸合成,不仅浪费能源和碳源,而且磷酸乙醇酸的积累可能杀死植物本身,因为这种物质能够抑制丙糖磷酸异构酶(triose-phosphateisomerase)的活性,从而破坏了叶绿体基质中甘油醛-3-磷酸与二羟丙酮(dihydroxyacetone)的平衡。 Rubisco同氧的亲和力比与二氧化碳的亲和力低得多,所以RuBP的氧化反应要比羧化反应慢。可以推测,一般情况下这种氧化作用构不成威胁，但是当CO2的浓度很低而O2的浓度很高时,O2就要取代CO2作为Rubisco的底物。将叶或藻类细胞置于低比值的CO2/O2气体环境中,发现RuBP每发生2～3个羧化反应就要发生一次氧化反应,严重影响光合作用的效率。生活在地球的某些环境下的植物往往会受到这种影响。如生活在因强烈光照导致炎热和干旱地区的植物叶绿体中容易发生RuBP的氧化作用,因为这种环境会使叶绿体基质中CO2/O2的比值降低。虽然温度的升高,CO2、O2的溶解性都会降低,但CO2的溶解性下降更快,其结果导致基质中CO2/O2比值的降低。另外,生活在干旱地区的植物,为了防止水分蒸发,会关闭气孔,CO2就不能进入叶中,没有稳定的CO2供给同化作用,叶细胞中的CO2的浓度进一步下降。但是,叶绿体中水的光解继续进行,由于释放的O2不能扩散出叶,使得细胞内O2的浓度不断增加,进而严重影响光合作用。因此这些植物通过光呼吸来提高CO2的浓度，从而提高光合作用的效率。
