Какво е предимството на фотосинтезата С4?

Фотосинтезата е процес, който използва вода, въглероден диоксид (CO2) и слънчева енергия за синтезиране на захари. Извършва се от много растения, водорасли и бактерии. При растенията и водораслите фотосинтезата се случва в специални части на клетката, наречени хлоропласти; разположени в листата и стъблата. Докато повечето растения извършват това, което е известно като C3 фотосинтеза, растенията, които са се приспособили към гореща среда, извършват модифицирана форма, известна като C4 фотосинтеза.

При този тип фотосинтеза CO2 от околната среда първо се включва в 4-въглеродните киселини в клетките, известни като мезофили. Тези киселини се транспортират до други клетки, известни като снопчета обвиващи клетки. В тези клетки реакцията е обърната, CO2 се освобождава и впоследствие се използва по нормалния (С3) фотосинтетичен път. Включването на CO2 в 3-въглеродни съединения се катализира от ензим, известен като Rubisco.

В гореща и суха среда C4 фотосинтезата е по-ефективна от C3 фотосинтезата. Това се дължи на две причини. Първият е, че системата не претърпява фотодишане, процес, който противоречи на фотосинтезата (виж по-долу). Втората е, че растенията могат да държат порите си затворени за по-дълги периоди от време, като по този начин избягват загубата на вода.

Това е процес, при който, вместо да добавя CO2 към нарастващата захар, Rubisco добавя кислород. В ситуации, в които фотосинтезата се извършва бързо (при висока температура, високи нива на светлина или и двете), има толкова много O2 на разположение, че тази реакция се превръща в значителен проблем. Растенията С4 решават този проблем, като поддържат висока концентрация на CO2 в съответната част на листа (клетките на обвивката на снопа).

Растенията обменят газове, CO2 и O2, с околната среда през порите, известни като устици. Когато устицата е отворена, CO2 може да се дифузира, за да се използва при фотосинтезата и O2, продуктът на фотосинтезата може да дифузира. Въпреки това, когато устицата е отворена, растението също губи вода поради транспирация и този проблем се засилва в горещ и сух климат. Растенията, които извършват фотосинтеза С4, могат да държат устиците си затворени повече от техните еквиваленти С3, защото са по-ефективни при включването на CO2. Това минимизира загубата на вода.

Въпреки че C4 фотосинтезата е очевидно изгодна в горещ и сух климат, това не е вярно в хладен и влажен. Това е така, защото фотосинтезата С4 е по-сложна: има повече стъпки и изисква специализирана анатомия. Поради тази причина, освен ако фотодишането или загубата на вода са важни проблеми, фотосинтезата С3 е по-ефективна. Ето защо повечето растения извършват фотосинтеза С3.