Ποιο είναι το πλεονέκτημα της φωτοσύνθεσης C4;

Η φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιεί νερό, διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και ηλιακή ενέργεια για τη σύνθεση σακχάρων. Πραγματοποιείται από πολλά φυτά, φύκια και βακτήρια. Στα φυτά και τα φύκια, η φωτοσύνθεση εμφανίζεται σε ειδικά μέρη του κυττάρου που ονομάζεται χλωροπλάστες. βρίσκεται στα φύλλα και τους μίσχους. Ενώ τα περισσότερα φυτά εκτελούν αυτό που είναι γνωστό ως φωτοσύνθεση C3, τα φυτά που έχουν προσαρμοστεί σε θερμό περιβάλλον εκτελούν μια τροποποιημένη μορφή γνωστή ως φωτοσύνθεση C4.

Σε αυτόν τον τύπο φωτοσύνθεσης το περιβαλλοντικό CO2 ενσωματώνεται αρχικά σε οξέα 4-άνθρακα σε κύτταρα γνωστά ως μεσοφύλλες. Αυτά τα οξέα μεταφέρονται σε άλλα κύτταρα που είναι γνωστά ως κύτταρα δεσμίδας. Σε αυτά τα κύτταρα, η αντίδραση αντιστρέφεται, το CO2 απελευθερώνεται και στη συνέχεια χρησιμοποιείται στην κανονική (C3) φωτοσυνθετική οδό. Η ενσωμάτωση του CO2 σε ενώσεις 3-άνθρακα καταλύεται από ένα ένζυμο γνωστό ως Rubisco.

Σε ζεστό και ξηρό περιβάλλον η φωτοσύνθεση C4 είναι πιο αποτελεσματική από τη φωτοσύνθεση C3. Αυτό οφείλεται σε δύο λόγους. Το πρώτο είναι ότι το σύστημα δεν υποβάλλεται σε φωτοαναπνοή, μια διαδικασία που έρχεται σε αντίθεση με τη φωτοσύνθεση (βλ. Παρακάτω). Το δεύτερο είναι ότι τα φυτά μπορούν να διατηρήσουν τους πόρους τους κλειστούς για μεγαλύτερες χρονικές περιόδους, αποφεύγοντας έτσι την απώλεια νερού.

Αυτή είναι μια διαδικασία στην οποία, αντί να προσθέτει CO2 στην αυξανόμενη ζάχαρη, η Rubisco προσθέτει οξυγόνο. Σε καταστάσεις όπου η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα γρήγορα (σε υψηλή θερμοκρασία, υψηλά επίπεδα φωτός ή και τα δύο), υπάρχει τόσο πολύ διαθέσιμο 02 που αυτή η αντίδραση γίνεται ένα σημαντικό πρόβλημα. Τα φυτά C4 επιλύουν αυτό το πρόβλημα διατηρώντας μια υψηλή συγκέντρωση CO2 στο σχετικό τμήμα του φύλλου (τα κύτταρα της θήκης δεσμίδας).

Τα φυτά ανταλλάσσουν αέρια, CO2 και O2, με το περιβάλλον τους μέσω πόρων γνωστών ως στομάτων. Όταν τα στομάτα είναι ανοιχτά, το CO2 μπορεί να διαχέεται για να χρησιμοποιηθεί στη φωτοσύνθεση και το Ο2, ένα προϊόν φωτοσύνθεσης μπορεί να διαχέεται. Ωστόσο, όταν τα στομάτα είναι ανοιχτά, το φυτό χάνει επίσης νερό λόγω διαπνοής και αυτό το πρόβλημα ενισχύεται σε ζεστά και ξηρά κλίματα. Τα φυτά που εκτελούν φωτοσύνθεση C4 μπορούν να διατηρήσουν τα στομάτα τους κλειστά περισσότερο από τα αντίστοιχα C3, επειδή είναι πιο αποτελεσματικά στην ενσωμάτωση CO2. Αυτό ελαχιστοποιεί την απώλεια νερού.

Παρόλο που η φωτοσύνθεση C4 είναι σαφώς πλεονεκτική σε ζεστά και ξηρά κλίματα, αυτό δεν ισχύει σε δροσερά και υγρά. Αυτό συμβαίνει επειδή η φωτοσύνθεση C4 είναι πιο περίπλοκη: έχει περισσότερα βήματα και απαιτεί εξειδικευμένη ανατομία. Για το λόγο αυτό, εκτός εάν η φωτοαναπνοή ή η απώλεια νερού είναι σημαντικά ζητήματα, η φωτοσύνθεση C3 είναι πιο αποτελεσματική. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η πλειονότητα των φυτών εκτελεί φωτοσύνθεση C3.