La photosynthèse est un processus qui utilise l'eau, le dioxyde de carbone (CO2) et l'énergie solaire pour synthétiser les sucres. Il est réalisé par de nombreuses plantes, algues et bactéries. Chez les plantes et les algues, la photosynthèse se produit dans des parties spéciales de la cellule appelées chloroplastes; situé dans les feuilles et les tiges. Alors que la plupart des plantes réalisent ce que l'on appelle la photosynthèse C3, les plantes adaptées aux milieux chauds présentent une forme modifiée appelée photosynthèse C4.
Dans ce type de photosynthèse, le CO2 environnemental est premier incorporé dans des acides à 4 carbones dans des cellules appelées mésophylles. Ces acides sont transportés vers d'autres cellules appelées cellules de la gaine de faisceau. Dans ces cellules, la réaction est inversée, le CO2 est libéré et ensuite utilisé dans la voie photosynthétique normale (C3). L'incorporation de CO2 dans les composés 3-carbone est catalysée par une enzyme appelée Rubisco.

Avantages de la photosynthèse C4

Dans les environnements chauds et secs, la photosynthèse C4 est plus efficace que la photosynthèse C3. Cela est dû à deux raisons. Le premier est que le système ne subit pas de photorespiration, un processus qui va à l'encontre de la photosynthèse (voir ci-dessous). La deuxième est que les plantes peuvent garder leurs pores fermés plus longtemps, évitant ainsi la perte d'eau.

Photorespiration

C'est un processus dans lequel, au lieu d'ajouter du CO2 au sucre en croissance, Rubisco ajoute de l'oxygène. Dans les situations où la photosynthèse se déroule rapidement (à haute température, à haute luminosité ou les deux), il y a tellement d'O2 disponible que cette réaction devient un problème important. Les plantes C4 résolvent ce problème en maintenant une concentration élevée de CO2 dans la partie concernée de la feuille (les cellules de la gaine du faisceau).

Perte d'eau

Les plantes échangent des gaz, CO2 et O2 avec leurs environnement à travers les pores connus sous le nom de stomates. Lorsque les stomates sont ouverts, le CO2 peut diffuser pour être utilisé dans la photosynthèse et O2, un produit de la photosynthèse peut diffuser. Cependant, lorsque les stomates sont ouverts, la plante perd également de l'eau à cause de la transpiration, et ce problème est accentué dans les climats chauds et secs. Les plantes qui réalisent la photosynthèse C4 peuvent garder leurs stomates fermés plus que leurs équivalents C3 car ils sont plus efficaces dans l'incorporation de CO2. Cela minimise leur perte d'eau.

Inconvénients

Bien que la photosynthèse C4 soit clairement avantageuse dans les climats chauds et secs, ce n'est pas vrai dans les climats froids et humides. C'est parce que la photosynthèse C4 est plus complexe: elle comporte plus d'étapes et nécessite une anatomie spécialisée. Pour cette raison, à moins que la photorespiration ou la perte d'eau ne soient des problèmes importants, la photosynthèse C3 est plus efficace. C'est pourquoi la majorité des plantes réalisent la photosynthèse C3.