光呼吸（也稱為氧化光合碳循環或 C2 循環）是指植物代謝中的一個過程，在該過程中，RuBisCO 酶使 RuBP 氧化，從而浪費光合作用產生的一些能量。 所需的反應是將二氧化碳添加到 RuBP（羧化），這是卡爾文-本森循環中的關鍵步驟，但大約 25% 的 RuBisCO 反應將氧氣添加到 RuBP（氧化），從而產生無法在內部使用的產品 卡爾文-本森循環。 這個過程降低了光合作用的效率，可能會使 C3 植物的光合作用輸出降低 25%。 光呼吸涉及一個復雜的酶反應網絡，在葉綠體、葉片過氧化物酶體和線粒體之間交換代謝物。

RuBisCO 的氧化反應是一個浪費的過程，因為與 RuBP 羧化酶活性相比，3-磷酸甘油酸的產生速度較低，代謝成本較高。 雖然光呼吸碳循環最終會導致 G3P 的形成，但大約 25% 的通過光呼吸固定的碳會重新釋放為 CO_{2 和氮（如氨）。 然后必須以對電池的大量成本對氨進行解毒。 光呼吸還產生一個 ATP 和一個 NAD(P)H 的直接成本。}

雖然通常將整個過程稱為光呼吸，但從技術上講，該術語僅指用于拯救氧合反應產物（磷酸乙醇酸鹽）的代謝網絡。

分子氧與 1,5-二磷酸核酮糖的加成產生 3-磷酸甘油酸 (PGA) 和 2-磷酸乙醇酸（2PG，或 PG）。 PGA 是羧化的正常產物，并有效地進入卡爾文循環。 然而，磷酸乙醇酸鹽會抑制某些參與光合作用碳固定的酶（因此通常被稱為“光合作用抑制劑”）。 它的回收也相對困難：在高等植物中，它通過過氧化物酶體、線粒體中的一系列反應進行回收，然后再次在過氧化物酶體中轉化為甘油酸酯。 甘油酸重新進入葉綠體并通過輸出乙醇酸的同一轉運蛋白。 1 個 ATP 的成本與在葉綠體中轉化為 3-磷酸甘油酸 (PGA)（磷酸化）有關，然后可以自由重新進入卡爾文循環。

一些成本與這種代謝途徑有關； 過氧化物酶體中過氧化氫的產生（與乙醇酸向乙醛酸的轉化有關）。 過氧化氫是一種危險的強氧化劑，它必須立即被過氧化氫酶分解成水和氧氣。 甘氨酸脫羧酶將線粒體中的 2×2Carbon 甘氨酸轉化為 1×C3 絲氨酸是關鍵步驟，它釋放 CO_{2、NH3，并將 NAD 還原為 NADH。 因此，每兩個 O2 分子。 line-height: inherit; vertical-align: baseline;">2（兩個來自 RuBisCO，一個來自過氧化物酶體氧化）。 NH3 的同化通過 GS-GOGAT 循環發生，消耗 1 個 ATP 和 1 個 NADPH。}

藍細菌具有三種可能的途徑，它們可以通過這些途徑代謝 2-磷酸乙醇酸。 如果所有這三種途徑都被敲除，它們將無法生長，盡管有一種碳濃縮機制應該會顯著降低光呼吸速率（見下文）。

氧化光合碳循環反應由 RuBP 加氧酶活性催化：

RuBP + O_{2 → Phosphoglycolate + 3-phosphoglycerate + 2H+}

在 RuBisCO 催化過程中，在 RuBisCO 活性位點形成“活化”中間體（烯二醇中間體）。 該中間體能夠與 CO_{2 或 O2。 已經證明，RuBisCO 活性位點的特定形狀可以促進與 CO2 的反應。 盡管失敗率很高（約 25% 的反應是氧化作用而不是羧化作用），但這代表了對 CO2，當考慮到兩種氣體的相對豐度時：在當前大氣中，O2 約為 豐富了 500 倍，在解決方案中 O2 比 CO2.</s}