La fotosintesi è un processo che utilizza acqua, anidride carbonica (CO2) ed energia solare per sintetizzare gli zuccheri. È effettuato da molte piante, alghe e batteri. Nelle piante e nelle alghe, la fotosintesi si verifica in parti speciali della cellula chiamate cloroplasti; situato nelle foglie e negli steli. Mentre la maggior parte delle piante esegue la cosiddetta fotosintesi C3, le piante che si sono adattate agli ambienti caldi eseguono una forma modificata nota come fotosintesi C4.
Fotosintesi C4

In questo tipo di fotosintesi la CO2 ambientale viene inizialmente incorporata in 4 acidi del carbonio in cellule conosciute come mesofille. Questi acidi vengono trasportati in altre cellule conosciute come cellule di guaina a fascio. In queste cellule, la reazione viene invertita, la CO2 viene rilasciata e successivamente utilizzata nella via fotosintetica normale (C3). L'incorporazione di CO2 in composti a 3 atomi di carbonio è catalizzata da un enzima noto come Rubisco.
Vantaggi della fotosintesi C4

In ambienti caldi e asciutti la fotosintesi C4 è più efficiente della fotosintesi C3. Ciò è dovuto a due motivi. Il primo è che il sistema non subisce la fotorespirazione, un processo che va contro la fotosintesi (vedi sotto). Il secondo è che le piante possono mantenere i loro pori chiusi per periodi di tempo più lunghi, evitando così la perdita di acqua.
Fotorespirazione

Questo è un processo in cui, invece di aggiungere CO2 allo zucchero in crescita, Rubisco aggiunge ossigeno . In situazioni in cui la fotosintesi si sta verificando rapidamente (ad alta temperatura, alti livelli di luce o entrambi), c'è così tanto O2 disponibile che questa reazione diventa un problema significativo. Le piante C4 risolvono questo problema mantenendo un'alta concentrazione di CO2 nella porzione pertinente della foglia (le cellule della guaina del fascio).
Perdita d'acqua

Le piante scambiano gas, CO2 e O2, con il loro ambiente attraverso i pori noto come stomi. Quando gli stomi sono aperti, la CO2 può diffondersi per essere utilizzata nella fotosintesi e nell'O2, un prodotto della fotosintesi può diffondersi. Tuttavia, quando gli stomi sono aperti, la pianta perde anche acqua a causa della traspirazione e questo problema si accentua nei climi caldi e asciutti. Le piante che eseguono la fotosintesi C4 possono tenere gli stomi chiusi più dei loro equivalenti C3 perché sono più efficienti nell'incorporazione di CO2. Ciò riduce al minimo la perdita di acqua.
Svantaggi

Sebbene la fotosintesi C4 sia chiaramente vantaggiosa in climi caldi e asciutti, questo non è vero in quelli freschi e umidi. Questo perché la fotosintesi C4 è più complessa: ha più passaggi e richiede un'anatomia specializzata. Per questo motivo, a meno che la fotorespirazione o la perdita d'acqua non siano problemi significativi, la fotosintesi C3 è più efficace. Questo è il motivo per cui la maggior parte delle piante esegue la fotosintesi C3.