C₄-Pflanzen, grüne Pflanzen, bei denen das Primärprodukt der CO₂-Fixierung nicht 3-Phosphoglycerat (C₃-Pflanzen), sondern eine C₄-Säure wie Oxalacetat, Malat oder Aspartat ist. Diese Pflanzen besitzen zwei Arten von photosynthetisierenden Zellen. In den Mesophyllzellen nahe der Blattoberfläche wird CO₂ in C₄-Verbindungen fixiert. Für diese Präfixierung von CO₂ ist das cytosolische Enzym Phosphoenolpyruvat-Carboxylase (EC 4.1.1.31) verantwortlich, die Phosphoenolpyruvat zu Oxalacetat carboxyliert (Hatch-Slack-Kortschak-Zyklus). Der Calvin-Zyklus wird in den Leitbündelzellen der C₄-Pflanzen durchgeführt. Das CO₂ für den Calvin-Zyklus stammt aus der Decarboxylierung von C₄-Verbindungen und nicht direkt aus der Atmosphäre. Diese "Kranzanatomie", d.h. photosynthetisch aktive Bündelscheidezellen mit einer photosynthetisch aktiven Schicht aus Mesophyllzellen auf jeder Seite, ist typisch für die Blätter von C₄-Pflanzen. Im Gegensatz dazu zeigen die Leitbündel der C₃-Zellen sehr geringe photosynthetische Aktivität. Die C₄-Reaktionen kommen in vielen tropischen Pflanzen und in nichtverwandten Dikotyledonen, die an heißes, trockenes Klima angepasst sind, vor. Diese Pflanzen müssen während der heißen Tageszeit ihre Spaltöffnungen schließen, um exzessiven Wasserverlust zu vermeiden, wodurch für die Mesophyllzellen die Verfügbarkeit an atmosphärischem CO₂ begrenzt wird. Die Affinität der Phosphoenolpyruvat-Carboxylase zu CO₂ ist jedoch viel höher als die Affinität der Ribulosediphosphat-Carboxylase (das erste Enzym des Calvin-Zyklus), so dass C₄-Pflanzen spärlich verfügbares CO₂ innerhalb ihrer Blätter fixieren können, sofern Licht und damit ATP vorhanden sind. Es gibt jedoch auch C₄-Pflanzen, die diese biochemische Arbeitsteilung zwischen Leitbündeln und Mesophyllzellen nicht besitzen (Crassulaceen-Säurestoffwechsel).