กลไกการเพิ่มความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในพืช C4

           จากที่เราทราบมาแล้วว่าในปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ของกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ในวัฏจักรคัลวินของพืชได้สารประกอบคงตัวชนิดแรกคือ PGA ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีคาร์บอน 3 อะตอม เรียกพืชชนิดนี้ว่า พืชC3แต่มีพืชบางชนิดในเขตร้อนมีวิวัฒนาการที่สามารถตรึงคาร์บอนไดออกไซด์นอกเหนือจากวัฏจักรคัลวิน และได้สารประกอบคงตัวชนิดแรกซึ่งมีคาร์บอน 4 อะตอม และไม่ใช่ PGA จึงเรียกพืชที่มีกระบวนการเช่นนี้ว่า พืช C4

โครงสร้างของใบที่จำเป็นต่อการตรึงคาร์บอนไดออกไซด
        จะเห็นว่าใบพืชในภาพ ก เป็นใบพืชที่พบคลอโรพลาสต์มากในเซลล์มีโซฟิลล์ จัดเป็นพืช C3 ส่วนใบพืชในภาพ ข นอกจากจะพบคลอโรพลาสต์ในเซลล์มีโซฟิลล์แล้วในเซลล์บันเดิลชีทก็ยังพบ คลอโรพลาสต์อยู่ด้วย พืชลักษณะนี้จัดเป็นพืช C4 พืช C3 มีปริมาณร้อยละ 85 ของพืชทุกชนิด ส่วนใหญ่เป็นพืชที่มีถิ่นกำเนิดในเขตอบอุ่น ส่วนพืช C4 เป็นพืชที่มีถิ่นกำเนิดในเขตร้อนหรือกึ่งร้อน ซึ่งมีประมาณ 1500 สปีชีส์ เช่น ข้าวโพด ข้าวฟ่าง อ้อย หญ้าแพรก หญ้าแห้วหมู ผักโขมจีน และบานไม่รู้โรย เป็นต้น
    นอกจากนี้ในพืช C4 เซลล์มีโซฟิลล์และเซลล์บันเดิลชีทที่อยู่ติดกันจะมีพลาสโมเดสมาตาเชื่อม ระหว่างเซลล์ทั้งสองและทำหน้าที่เป็นทางผ่านและลำเลียงสารจากกระบวนการเมแทบ อลิซึมระหว่างเซลล์มีโซฟิลล์และเซลล์บันเดิลชีท

วัฏจักรคาร์บอนของพืชC4
     ในพืช C4 จะมีกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
จะเห็นได้ว่าพืช C4 มีการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ 2 ครั้ง
ครั้งแรกโดยกรดฟอสโฟอีอลไพรูวิก (phosphoenolpyruvicacid ; PEP) ซึ่งเป็นสารที่มีคาร์บอน 3 อะตอม ตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ได้เป็นสารคาร์บอน 4 อะตอม เรียกว่า กรดออกซาโลแอซิติก (oxaloacitic acid ; OAA) ซึ่งเป็นสารประกอบคงตัวชนิดแรกที่ได้จากปฏิกิริยาการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ จึงเรียกพืชที่มีกระบวนการเช่นนี้ว่าพืชC4
ครั้งที่สอง OAA มีการเปลี่ยนแปลงหลายขั้นตอนและลำเลียงผ่านพลาสโมเดสมาตามายังเซลล์บันเดิลชีท สารคาร์บอน 4 อะตอมที่ลำเลียงมานี้จะปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ให้กับ RuBP ในวัฏจักรคัลวินกลายเป็นสารที่มีคาร์บอน 3 อะตอมซึ่งจะลำเลียงกลับมาที่สโตรมาของเซลล์มีโซฟิลล์และเปลี่ยนแปลงเป็นสาร PEP เพื่อจะตรึงคาร์บอนไดออกไซด์อีกครั้งหนึ่ง

วัฏจักรคาร์บอนของพืช C4      ช่วยให้พืชสามารถนำคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศและในเซลล์มีโซฟิลล์ที่มีความเข้มข้นต่ำเข้าสู่เซลล์บันเดิลชีท ทำให้ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในเซลล์บันเดิลชีทสูงมากขึ้นเมื่อเทียบกับความเข้มข้นของออกซิเจน ทำให้ปฏิกิริยาการตรึงออกซิเจน โดย RuBP เกิดได้น้อย พืชC4จึงมีการสูญเสียคาร์บอนอะตอมจากโฟโตเรสไพเรชันน้อยมากจนวัดไม่ได้ในสภาพปกติ