Biologisch proces waarbij CO$$$_2$$$ uit de atmosfeer of het water gebruikt wordt om organische koolstofverbindingen te maken als bouwstenen voor levende cellen
Koolzuurassimilatie is het allerbelangrijkste biologische proces op aarde, verantwoordelijk voor de primaire productie aan de basis van de voedselketen. In de koolstofcyclus van een ecosysteem staat koolzuurassimilatie tegenover verbrandingsprocessen, ademhaling en decompositie, die kooldioxide produceren. Het CO$$$_2$$$-gehalte van de atmosfeer is de resultante van deze twee processen.
Verreweg de meeste koolzuurassimilatie vindt plaats met gebruikmaking van energie die planten, algen en bacteriën opwekken met zonlicht. Men spreekt dan van fotosynthese. Er zijn twee typen fotosynthese: een die geen zuurstof produceert en plaatsvindt onder anaerobe omstandigheden (anoxygene fotosynthese, aangetroffen bij verschillende groepen bacteriën en waarschijnlijk evolutionair het oudste) en een die wel zuurstof produceert (oxygene fotosynthese, het meest bekende type, dat we vinden bij planten, algen en Cyanobacteria).
De fixatie van kooldioxide vereist op zich geen licht en wordt ook wel de donkerreactie genoemd maar de productie van de benodigde chemische energie (ATP) vindt plaats in het licht (de lichtreactie). Sommige autotrofe bacteriën en Archaea ontlenen de energie voor hun koolzuurassimilatie niet uit licht maar uit redoxreacties met anorganische verbindingen in het milieu (waterstofsulfide, tweewaardig ijzer, ammoniak).
Bij de fotosynthese van planten wordt de lichtenergie ingevangen door chlorofyl en vervolgens gebruikt om een protonengradiënt over de binnenmembraan van de chloroplast op te bouwen. De energie gaat daarbij achtereenvolgens via twee eiwitcomplexen, fotosysteem II en I, waarbij zuurstofgas gevormd wordt. De ontstane protonengradiënt wordt door ATPase gebruikt om ATP te produceren. Met dit ATP wordt de Calvin-cyclus aangedreven, de eigenlijke CO$$$_2$$$-fixatie. Sommige bacteriën gebruiken echter de omgekeerde citroenzuurcyclus als methode van CO$$$_2$$$-fixatie.
