Hvad er fordelen ved C4 fotosyntese?

Fotosyntese er en proces, der bruger vand, kuldioxid (CO2) og solenergi til at syntetisere sukker. Det udføres af mange planter, alger og bakterier. I planter og alger forekommer fotosyntese i specielle dele af cellen kaldet kloroplaster; placeret i bladene og stilkene. Mens de fleste planter udfører såkaldt C3-fotosyntese, udfører planter, der har tilpasset sig varme omgivelser, en modificeret form kendt som C4-fotosyntese.

I denne type fotosyntese inkorporeres miljømæssigt CO2 først i 4-kulsyre i celler kendt som mesofyler. Disse syrer transporteres til andre celler kendt som bundkappeceller. I disse celler vendes reaktionen, CO2 frigives og anvendes derefter i den normale (C3) fotosyntetiske vej. Inkorporeringen af ​​CO2 i 3-carbonforbindelser katalyseres af et enzym kendt som Rubisco.

I varme og tørre omgivelser er C4 fotosyntese mere effektiv end C3 fotosyntese. Dette skyldes to grunde. Den første er, at systemet ikke gennemgår fotorespiration, en proces, der strider mod fotosyntese (se nedenfor). Den anden er, at planter kan holde porerne lukket i længere perioder og dermed undgå vandtab.

Dette er en proces, hvor Rubisco i stedet for at tilføje CO2 til det voksende sukker tilføjer ilt. I situationer, hvor fotosyntese finder sted hurtigt (ved høj temperatur, høje niveauer af lys eller begge dele), er der så meget O2 til rådighed, at denne reaktion bliver et væsentligt problem. C4-planter løser dette problem ved at opretholde en høj koncentration af CO2 i den relevante del af bladet (bundtkappecellerne).

Planter udveksler gasser, CO2 og O2 med deres miljø gennem porer kendt som stomata. Når stomataerne er åbne, kan CO2 diffundere for at blive brugt i fotosyntese og O2, kan et produkt af fotosyntese diffundere ud. Men når stomata er åben, mister planten også vand på grund af transpiration, og dette problem forstærkes i varme og tørre klimaer. Planter, der udfører C4-fotosyntese, kan holde deres stomata lukket mere end deres C3-ækvivalenter, fordi de er mere effektive til at inkorporere CO2. Dette minimerer deres vandtab.

Selvom C4-fotosyntese klart er fordelagtig i varme og tørre klimaer, er dette ikke tilfældet i kølige og fugtige. Dette skyldes, at C4-fotosyntese er mere kompleks: den har flere trin og kræver en specialiseret anatomi. Af denne grund er C3 fotosyntese mere effektiv, medmindre fotorespiration eller vandtab er væsentlige problemer. Dette er grunden til, at de fleste planter udfører C3 fotosyntese.