La photosynthèse est un processus qui utilise l'eau, le dioxyde de carbone (CO2) et l'énergie solaire pour synthétiser les sucres. Elle est réalisée 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 effectuent ce qu'on appelle la photosynthèse C3, les plantes qui se sont adaptées aux environnements chauds effectuent une forme modifiée connue sous le nom de photosynthèse C4.
C4 Photosynthèse

Dans ce type de photosynthèse, le CO2 environnemental est d'abord incorporé dans 4 -acides carbonés dans les cellules appelées mésophylles. Ces acides sont transportés vers d'autres cellules appelées cellules à gaine de faisceau. Dans ces cellules, la réaction est inversée, du CO2 est libéré puis utilisé dans la voie photosynthétique normale (C3). L'incorporation de CO2 dans des composés à 3 carbones est catalysée par une enzyme connue sous le nom de 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. La première est que le système ne subit pas de photorespiration, un processus contraire à la photosynthèse (voir ci-dessous). La seconde 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 a lieu rapidement (à haute température, à des niveaux élevés de lumière 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 pertinente de la feuille (les cellules de la gaine du faisceau).
Perte d'eau

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

Bien que la photosynthèse du C4 soit clairement avantageuse dans les climats chauds et secs, ce n'est pas vrai dans les climats frais et humides. En effet, 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 effectuent la photosynthèse en C3.