Фотосинтеза је процес који користи воду, угљен-диоксид (ЦО2) и сунчеву енергију за синтезу шећера. Изводе га многе биљке, алге и бактерије. Код биљака и алги, фотосинтеза се јавља у посебним деловима ћелије званим хлоропласти; смештене у лишћу и стабљима. Док већина биљака изводи оно што је познато као Ц3 фотосинтеза, биљке које су се прилагодиле врућем окружењу изводе модификовани облик познат као Ц4 фотосинтеза.
Ц4 Фотосинтеза
У овој врсти фотосинтезе ЦО2 из околине се прво уграђује у 4-угљеничне киселине у ћелијама познатим под именом мезофили. Ове киселине се преносе у друге ћелије познате као снопне ћелије омотача. У овим ћелијама је реакција обрнута, ЦО2 се ослобађа и потом користи у нормалном (Ц3) фотосинтетском путу. Укључивање ЦО2 у једињења са 3 угљеника катализује ензим познат као Рубисцо.
Предности фотосинтезе Ц4
У врућем и сувом окружењу Ц4 фотосинтеза је ефикаснија од Ц3 фотосинтезе. То је из два разлога. Прва је да систем не подлеже фото-респирацији, процесу који је у супротности са фотосинтезом (види доле). Други је да биљке могу дуже задржати поре затворене, избегавајући тако губитак воде.
Фотореспирација
Ово је процес у којем, уместо да додаје ЦО2 растућем шећеру, Рубисцо додаје кисеоник. У ситуацијама у којима се фотосинтеза одвија брзо (при високој температури, високом нивоу светлости или обоје), на располагању је толико О2 да ова реакција постаје значајан проблем. Биљке Ц4 решавају овај проблем одржавањем високе концентрације ЦО2 у одговарајућем делу листа (ћелије омотача снопа).
Губитак воде
Биљке размењују гасове, ЦО2 и О2 са околином кроз поре познате као стомати. Када су стомати отворени, ЦО2 може дифузно да се користи за фотосинтезу и О2, производ фотосинтезе може да се дифузира. Међутим, када су стомати отворени, биљка такође губи воду због транспирације, а овај проблем се појачава у врућој и сувој клими. Биљке које врше фотосинтезу Ц4 могу стомате држати затворенима више од њихових еквивалената Ц3 јер су ефикасније у уградњи ЦО2. Ово минимизира њихов губитак воде.
Мане
Иако је фотосинтеза Ц4 очигледно корисна у врућој и сувој клими, то није тачно у хладним и влажним. То је зато што је фотосинтеза Ц4 сложенија: има више корака и захтева специјализовану анатомију. Из тог разлога, осим ако фотореспирација или губитак воде нису значајни проблеми, фотосинтеза Ц3 је ефикаснија. Због тога већина биљака врши фотосинтезу Ц3.