Fotosynthese is een proces dat water, koolstofdioxide (CO2) en zonne-energie gebruikt om suikers te synthetiseren. Het wordt uitgevoerd door veel planten, algen en bacteriën. In planten en algen vindt fotosynthese plaats in speciale delen van de cel die chloroplasten worden genoemd; gelegen in de bladeren en stengels. Terwijl de meeste planten uitvoeren wat bekend staat als C3-fotosynthese, voeren planten die zich hebben aangepast aan warme omgevingen een gemodificeerde vorm uit die bekend staat als C4-fotosynthese.
C4 Fotosynthese

In dit type fotosynthese wordt CO2 eerst opgenomen in 4 -carbonzuren in cellen bekend als mesofylen. Deze zuren worden getransporteerd naar andere cellen die bundelschachtcellen worden genoemd. In deze cellen is de reactie omgekeerd, komt CO2 vrij en wordt vervolgens gebruikt in de normale (C3) fotosynthetische route. De opname van CO2 in 3-koolstofverbindingen wordt gekatalyseerd door een enzym dat bekend staat als Rubisco.
Voordelen van C4-fotosynthese

In warme en droge omgevingen is C4-fotosynthese efficiënter dan C3-fotosynthese. Dit komt door twee redenen. De eerste is dat het systeem geen fotorespiratie ondergaat, een proces dat in strijd is met fotosynthese (zie hieronder). De tweede is dat planten hun poriën langer kunnen dichthouden, waardoor waterverlies wordt voorkomen.
Fotorespiratie

Dit is een proces waarbij Rubisco zuurstof toevoegt in plaats van CO2 toe te voegen aan de groeiende suiker. . In situaties waarin fotosynthese snel plaatsvindt (bij hoge temperatuur, hoge lichtniveaus of beide), is er zoveel O2 beschikbaar dat deze reactie een aanzienlijk probleem wordt. C4-planten lossen dit probleem op door een hoge concentratie CO2 in het betreffende deel van het blad te houden (de bundelschachtcellen).
Waterverlies

Planten wisselen gassen, CO2 en O2 uit met hun omgeving via poriën bekend als huidmondjes. Wanneer de huidmondjes open zijn, kan CO2 diffunderen om te worden gebruikt bij fotosynthese en O2, een product van fotosynthese kan diffunderen. Wanneer de huidmondjes open zijn, verliest de plant echter ook water als gevolg van transpiratie, en dit probleem wordt versterkt in warme en droge klimaten. Planten die C4-fotosynthese uitvoeren, kunnen hun huidmondjes meer gesloten houden dan hun C3-equivalenten omdat ze efficiënter zijn in het opnemen van CO2. Dit minimaliseert hun waterverlies.
Nadelen

Hoewel C4-fotosynthese duidelijk voordelig is in warme en droge klimaten, is dit niet waar in koele en vochtige klimaten. Dit komt omdat C4-fotosynthese complexer is: het heeft meer stappen en vereist een gespecialiseerde anatomie. Om deze reden is C3-fotosynthese effectiever, tenzij fotorespiratie of waterverlies belangrijke problemen zijn. Dit is de reden waarom de meeste planten C3-fotosynthese uitvoeren.