Koja je prednost fotosinteze C4?

Fotosinteza je postupak koji koristi vodu, ugljični dioksid (CO2) i sunčevu energiju za sintezu šećera. Provode ga mnoge biljke, alge i bakterije. U biljaka i algi fotosinteza se događa u posebnim dijelovima stanice zvanim kloroplasti; smještene u lišću i stabljikama. Dok većina biljaka izvodi ono što je poznato kao C3 fotosinteza, biljke koje su se prilagodile vrućem okruženju izvode modificirani oblik poznat kao C4 fotosinteza.

U ovoj vrsti fotosinteze CO2 iz okoliša prvi se put ugrađuje u 4-ugljične kiseline u stanicama poznatim pod nazivom mezofili. Te se kiseline prenose u druge stanice poznate kao snopne stanice omotača. U tim je stanicama reakcija obrnuta, CO2 se oslobađa i potom koristi u normalnom (C3) fotosintetskom putu. Uključivanje CO2 u spojeve s 3 ugljika katalizira enzim poznat kao Rubisco.

U vrućim i suhim okruženjima C4 fotosinteza je učinkovitija od C3 fotosinteze. To je iz dva razloga. Prva je da sustav ne prolazi kroz foto disanje, proces koji je u suprotnosti s fotosintezom (vidi dolje). Drugi je da biljke mogu duže zadržati pore zatvorene, izbjegavajući tako gubitak vode.

Ovo je postupak u kojem, umjesto dodavanja CO2 rastućem šećeru, Rubisco dodaje kisik. U situacijama u kojima se fotosinteza odvija brzo (pri visokoj temperaturi, visokoj razini svjetlosti ili oboje), na raspolaganju je toliko O2 da ova reakcija postaje značajan problem. Biljke C4 rješavaju ovaj problem održavanjem visoke koncentracije CO2 u odgovarajućem dijelu lista (stanice omotača snopa).

Biljke izmjenjuju plinove, CO2 i O2, sa svojim okolišem kroz pore poznate kao stomati. Kada su stomati otvoreni, CO2 se može difundirati da bi se koristio u fotosintezi i O2, proizvod fotosinteze može difundirati. Međutim, kada su stomati otvoreni, biljka također gubi vodu zbog transpiracije, a ovaj je problem pojačan u vrućoj i suhoj klimi. Biljke koje izvode fotosintezu C4 mogu stomate držati zatvorenima više od njihovih ekvivalenata C3 jer su učinkovitije u ugrađivanju CO2. To minimalizira njihov gubitak vode.

Iako je fotosinteza C4 očito korisna u vrućoj i suhoj klimi, to nije istina u hladnim i vlažnim. To je zato što je fotosinteza C4 složenija: ima više koraka i zahtijeva specijaliziranu anatomiju. Iz tog razloga, osim ako su fotorespiracija ili gubitak vode značajni problemi, fotosinteza C3 je učinkovitija. Zbog toga većina biljaka vrši fotosintezu C3.