C4 प्रकाश संश्लेषण का क्या लाभ है?

प्रकाश संश्लेषण एक ऐसी प्रक्रिया है जो शर्करा को संश्लेषित करने के लिए पानी, कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ 2) और सौर ऊर्जा का उपयोग करती है। यह कई पौधों, शैवाल और बैक्टीरिया द्वारा किया जाता है। पौधों और शैवाल में, प्रकाश संश्लेषण कोशिका के विशेष भागों में होता है जिसे क्लोरोप्लास्ट कहा जाता है; पत्तियों और तनों में स्थित है। जबकि अधिकांश पौधे वह करते हैं जिसे C3 प्रकाश संश्लेषण के रूप में जाना जाता है, वे पौधे जो गर्म वातावरण के अनुकूल हो गए हैं, C4 प्रकाश संश्लेषण के रूप में जाना जाने वाला एक संशोधित रूप करते हैं।

इस प्रकार के प्रकाश संश्लेषण में पर्यावरण CO2 को पहले मेसोफिल नामक कोशिकाओं में 4-कार्बन एसिड में शामिल किया जाता है। इन अम्लों को बंडल म्यान कोशिकाओं के रूप में जानी जाने वाली अन्य कोशिकाओं में ले जाया जाता है। इन कोशिकाओं में, प्रतिक्रिया उलट जाती है, CO2 निकलती है और बाद में सामान्य (C3) प्रकाश संश्लेषक मार्ग में उपयोग की जाती है। 3-कार्बन यौगिकों में CO2 का समावेश रूबिस्को नामक एक एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होता है।

गर्म और शुष्क वातावरण में C4 प्रकाश संश्लेषण C3 प्रकाश संश्लेषण की तुलना में अधिक कुशल है। यह दो कारणों से है। पहला यह है कि सिस्टम फोटोरेस्पिरेशन से नहीं गुजरता है, एक प्रक्रिया जो प्रकाश संश्लेषण के विपरीत चलती है (नीचे देखें)। दूसरा यह है कि पौधे अपने छिद्रों को अधिक समय तक बंद रख सकते हैं, इस प्रकार पानी के नुकसान से बच सकते हैं।

यह एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें रूबिस्को बढ़ती चीनी में CO2 जोड़ने के बजाय ऑक्सीजन जोड़ता है। जिन स्थितियों में प्रकाश संश्लेषण तेजी से हो रहा है (उच्च तापमान, उच्च स्तर के प्रकाश या दोनों पर), वहाँ इतना अधिक O2 उपलब्ध है कि यह प्रतिक्रिया एक महत्वपूर्ण समस्या बन जाती है। C4 पौधे पत्ती के संबंधित हिस्से (बंडल म्यान कोशिकाओं) में CO2 की उच्च सांद्रता बनाए रखकर इस समस्या का समाधान करते हैं।

पौधे अपने पर्यावरण के साथ गैसों, CO2 और O2 का आदान-प्रदान करते हैं, जिसे रंध्र के रूप में जाना जाता है। जब रंध्र खुले होते हैं तो CO2 प्रकाश संश्लेषण में उपयोग के लिए फैल सकती है और O2, प्रकाश संश्लेषण का एक उत्पाद फैल सकता है। हालांकि, जब रंध्र खुले होते हैं तो वाष्पोत्सर्जन के कारण पौधे में भी पानी की कमी हो जाती है, और यह समस्या गर्म और शुष्क जलवायु में बढ़ जाती है। C4 प्रकाश संश्लेषण करने वाले पौधे अपने C3 समकक्षों की तुलना में अपने रंध्रों को अधिक बंद रख सकते हैं क्योंकि वे CO2 को शामिल करने में अधिक कुशल हैं। इससे उनका पानी का नुकसान कम होता है।

हालांकि C4 प्रकाश संश्लेषण गर्म और शुष्क जलवायु में स्पष्ट रूप से फायदेमंद है, लेकिन यह ठंडे और नम जलवायु में सच नहीं है। ऐसा इसलिए है क्योंकि C4 प्रकाश संश्लेषण अधिक जटिल है: इसमें अधिक चरण होते हैं और इसके लिए एक विशेष शरीर रचना की आवश्यकता होती है। इस कारण से, जब तक कि प्रकाश श्वसन या पानी की कमी महत्वपूर्ण मुद्दे नहीं हैं, C3 प्रकाश संश्लेषण अधिक प्रभावी है। यही कारण है कि अधिकांश पौधे C3 प्रकाश संश्लेषण करते हैं।