Qual è il vantaggio della fotosintesi C4?

La fotosintesi è un processo che utilizza acqua, anidride carbonica (CO2) ed energia solare per sintetizzare gli zuccheri. È effettuato da molte piante, alghe e batteri. Nelle piante e nelle alghe, la fotosintesi avviene in parti speciali della cellula chiamate cloroplasti; trova nelle foglie e negli steli. Mentre la maggior parte delle piante esegue la cosiddetta fotosintesi C3, le piante che si sono adattate agli ambienti caldi eseguono una forma modificata nota come fotosintesi C4.

In questo tipo di fotosintesi, la CO2 ambientale viene prima incorporata negli acidi a 4 atomi di carbonio nelle cellule note come mesofilli. Questi acidi vengono trasportati ad altre cellule note come cellule della guaina del fascio. In queste cellule, la reazione è invertita, la CO2 viene rilasciata e successivamente utilizzata nella normale via fotosintetica (C3). L'incorporazione di CO2 in composti a 3 atomi di carbonio è catalizzata da un enzima noto come Rubisco.

In ambienti caldi e secchi la fotosintesi C4 è più efficiente della fotosintesi C3. Ciò è dovuto a due ragioni. Il primo è che il sistema non subisce la fotorespirazione, un processo che va contro la fotosintesi (vedi sotto). Il secondo è che le piante possono mantenere i loro pori chiusi per periodi di tempo più lunghi, evitando così la perdita d'acqua.

Questo è un processo in cui, invece di aggiungere CO2 allo zucchero in crescita, Rubisco aggiunge ossigeno. In situazioni in cui la fotosintesi avviene velocemente (ad alta temperatura, alti livelli di luce o entrambi), c'è così tanto O2 disponibile che questa reazione diventa un problema significativo. Le piante C4 risolvono questo problema mantenendo un'elevata concentrazione di CO2 nella porzione di foglia interessata (le cellule della guaina del fascio).

Le piante scambiano gas, CO2 e O2, con il loro ambiente attraverso i pori noti come stomi. Quando gli stomi sono aperti, la CO2 può diffondersi per essere utilizzata nella fotosintesi e l'O2, un prodotto della fotosintesi può diffondersi. Tuttavia, quando gli stomi sono aperti la pianta perde anche acqua per traspirazione, e questo problema è accentuato nei climi caldi e secchi. Le piante che eseguono la fotosintesi C4 possono mantenere i loro stomi chiusi più dei loro equivalenti C3 perché sono più efficienti nell'incorporazione di CO2. Questo riduce al minimo la loro perdita d'acqua.

Sebbene la fotosintesi C4 sia chiaramente vantaggiosa nei climi caldi e secchi, questo non è vero in quelli freschi e umidi. Questo perché la fotosintesi C4 è più complessa: ha più passaggi e richiede un'anatomia specializzata. Per questo motivo, a meno che la fotorespirazione o la perdita di acqua non siano problemi significativi, la fotosintesi C3 è più efficace. Questo è il motivo per cui la maggior parte delle piante esegue la fotosintesi C3.