C4Fotosynthese

Die C4-Fotosynthese, auch als C4-Weg bezeichnet, ist ein kohlenstofffixierender Stoffwechselweg, der in bestimmten Pflanzen entwickelt wurde, um unter heißen und trockenen Bedingungen Photorespiration zu verringern. Im Gegensatz zur C3-Fotosynthese nutzen C4-Pflanzen eine räumliche Trennung der CO2-Fixierung und des Calvinzyklus.

Der Stoffwechsel beginnt in den Mesophyllzellen: CO2 wird durch die Phosphoenolpyruvatcarboxylase (PEP-Carboxylase) zu Oxalacetat fixiert und anschließend zu Malat oder Aspartat reduziert. Das Malat wird zu den Bündelscheidenzellen transportiert, dort decarboxyliert und das freigesetzte CO2 dem Calvinzyklus zugeführt. Der entstehende Pyruvat wird zurück in die Mesophyllzellen transportiert und dort durch Pyruvatphosphatdukinase regeneriert, sodass PEP wieder bereitsteht.

Diese räumliche Trennung erfolgt oft durch Kranzanatomie: Bündelscheidenzellen umgeben die Leitbündel und enthalten chloroplastenreiches Gewebe, das CO2 konzen­triert und Rubisco vor Photorespiration schützt. Es gibt verschiedene C4-Untertypen (NADP-ME, NAD-ME, PCK), die sich in der dominanten Decarboxylase unterscheiden.

Vorkommen und Bedeutung: Zu den wichtigsten C4-Pflanzen gehören Mais, Zuckerrohr, Sorghum und Hirse. C4-Pflanzen zeigen bei hohen Temperaturen und intensiver Beleuchtung eine höhere Photosyntheseleistung und eine bessere Wasser- sowie Salznutzungseffizienz als C3-Pflanzen, wenngleich der Weg energiebetriebener ist.

Evolutionär ist C4-Fotosynthese eine wiederholte, unabhängig entstandene Adaption in mehreren Pflanzengruppen, die ökologische und agronomische Relevanz hat.