რა არის C4 ფოტოსინთეზის უპირატესობა?

ფოტოსინთეზი არის პროცესი, რომელიც იყენებს წყალს, ნახშირორჟანგს (CO2) და მზის ენერგიას შაქრების სინთეზისთვის. მას ახორციელებს მრავალი მცენარე, წყალმცენარე და ბაქტერია. მცენარეებსა და წყალმცენარეებში ფოტოსინთეზი ხდება უჯრედის სპეციალურ ნაწილებში, რომელსაც ქლოროპლასტებს უწოდებენ; მდებარეობს ფოთლებსა და ღეროებში. ვინაიდან მცენარეების უმეტესობა ასრულებს იმას, რასაც C3 ფოტოსინთეზს უწოდებენ, მცენარეები, რომლებიც ადაპტირებულნი არიან ცხელ გარემოში, ასრულებენ შეცვლილ ფორმას, რომელიც ცნობილია როგორც C4 ფოტოინთეზი.

ამ ტიპის ფოტოსინთეზში გარემოს CO2 პირველად შედის 4 ნახშირბადის მჟავებში უჯრედებში, რომლებიც ცნობილია როგორც მეზოფილიები. ეს მჟავები ტრანსპორტირდება სხვა უჯრედებში, რომლებიც ცნობილია როგორც შეფუთული გარსის უჯრედები. ამ უჯრედებში ხდება რეაქციის შეცვლა, CO2 გამოიყოფა და შემდგომ გამოიყენება ნორმალურ (C3) ფოტოსინთეზურ გზაზე. CO2- ის 3 ნახშირბადის შემადგენლობაში შეყვანა ხდება კატალიზირებული ფერმენტის მიერ, რომელიც ცნობილია როგორც Rubisco.

ცხელ და მშრალ გარემოში C4 ფოტოსინთეზი უფრო ეფექტურია, ვიდრე C3 ფოტოსინთეზი. ეს არის ორი მიზეზის გამო. პირველი ის არის, რომ სისტემა არ განიცდის ფოტორესპირაციას, ეს პროცესი ეწინააღმდეგება ფოტოსინთეზს (იხილეთ ქვემოთ). მეორე ის არის, რომ მცენარეებს შეუძლიათ უფრო მეტ ხანს დახურონ თავიანთი პორები, რითაც თავიდან აიცილებენ წყლის დაკარგვას.

ეს არის პროცესი, რომელშიც ნაცვლად იმისა, რომ მზარდი შაქარი დაამატოთ CO2, რუბისკო დაამატებს ჟანგბადს. სიტუაციებში, როდესაც ფოტოსინთეზი მიმდინარეობს სწრაფად (მაღალ ტემპერატურაზე, სინათლის მაღალ დონეზე ან ორივე), იმდენი O2 არის ხელმისაწვდომი, რომ ეს რეაქცია მნიშვნელოვან პრობლემად იქცევა. C4 მცენარეები ამ პრობლემას წყვეტენ CO2- ის მაღალი კონცენტრაციის შენარჩუნებით ფოთლის შესაბამის ნაწილში (შეკვრის გარსის უჯრედები).

მცენარეთა გაცვლა აირები, CO2 და O2, თავიანთ გარემოში ფორების მეშვეობით, რომლებიც ცნობილია როგორც სტომატები. როდესაც სტომატები ღიაა, CO2 შეიძლება დიფუზიური იყოს ფოტოსინთეზისა და O2 გამოსაყენებლად, ფოტოსინთეზის პროდუქტი შეიძლება დიფუზიური იყოს. ამასთან, როდესაც სტომატები ღიაა, მცენარე ასევე კარგავს წყალს ტრანსპირაციის გამო და ეს პრობლემა ცხელ და მშრალ კლიმატურ პირობებში იზრდება. მცენარეებს, რომლებიც ასრულებენ C4 ფოტოსინთეზს, შეუძლიათ უფრო მეტად დახურონ მათი stomata ვიდრე C3 ეკვივალენტები, რადგან ისინი უფრო ეფექტურია CO2- ის შემადგენლობაში. ეს მინიმუმამდე ამცირებს მათ წყლის დაკარგვას.

მიუხედავად იმისა, რომ C4 ფოტოსინთეზი აშკარად ხელსაყრელია ცხელ და მშრალ კლიმატურ პირობებში, ეს არ არის სიმართლე გრილ და ტენიან პირობებში. ეს იმიტომ ხდება, რომ C4 ფოტოსინთეზი უფრო რთულია: მას აქვს მეტი ნაბიჯები და საჭიროებს სპეციალიზირებულ ანატომიას. ამ მიზეზით, თუ ფოტო რესპირაცია ან წყლის დაკარგვა არ არის მნიშვნელოვანი საკითხები, C3 ფოტოსინთეზი უფრო ეფექტურია. ამიტომ მცენარეთა უმეტესობა ასრულებს C3 ფოტოსინთეზს.