Der C4-Weg
Der C4-Weg ist darauf ausgelegt, CO2 bei niedrigen Konzentrationen effizient zu fixieren, und Pflanzen, die diesen Weg nutzen, werden als C4-Pflanzen bezeichnet. Diese Pflanzen fixieren zunächst CO2 in eine Vier-Kohlenstoff-Verbindung (C4) namens Oxalacetat (Abbildung \(\PageIndex{1}\)). Dies geschieht in Zellen, die Mesophyllzellen genannt werden. Zunächst wird CO2 an eine Drei-Kohlenstoff-Verbindung namens Phosphoenolpyruvat gebunden, um die Vier-Kohlenstoff-Verbindung Oxalacetat zu erzeugen. Das Enzym, das diese Reaktion katalysiert, die PEP-Carboxylase, bindet das CO2 sehr effizient, so dass die C4-Pflanzen ihre Spaltöffnungen nicht so weit öffnen müssen.
Das Oxalacetat wird dann in einem Schritt, der die reduzierende Kraft von NADPH benötigt, in eine andere Vier-Kohlenstoff-Verbindung namens Malat umgewandelt. Das Malat verlässt dann die Mesophyllzellen und gelangt in die Chloroplasten von spezialisierten Zellen, die als Bündelscheidenzellen bezeichnet werden. Hier wird das Vier-Kohlenstoff-Malat decarboxyliert, um CO2, eine Drei-Kohlenstoff-Verbindung namens Pyruvat und NADPH zu produzieren. Das CO2 verbindet sich mit Ribulosebiphosphat und durchläuft den Calvin-Zyklus, während das Pyruvat wieder in die Mesophyllzellen gelangt, mit ATP reagiert und wieder in Phosphoenolpyruvat umgewandelt wird, die Ausgangsverbindung des C4-Zyklus. Der C4-Zyklus ist in Abbildung \(\PageIndex{1}\) zusammengefasst.