광합성은 물, 이산화탄소 (CO2) 및 태양 에너지를 사용하여 당을 합성하는 과정입니다. 그것은 많은 식물, 조류 및 박테리아에 의해 수행됩니다. 식물과 조류에서 광합성은 엽록체라고하는 세포의 특별한 부분에서 일어난다. 잎과 줄기에 있습니다. 대부분의 식물은 C3 광합성으로 알려진 것을 수행하는 반면, 더운 환경에 적응 한 식물은 C4 광합성으로 알려진 변형 된 형태를 수행합니다.
C4 광합성
이러한 유형의 광합성에서 환경 CO2는 먼저 mesophylls로 알려진 세포의 4- 탄소 산에 통합됩니다. 이 산은 번들 외피 세포로 알려진 다른 세포로 운반됩니다. 이 세포에서는 반응이 역전되고 CO2가 방출되어 정상적인 (C3) 광합성 경로에서 사용됩니다. CO2를 3- 탄소 화합물로 통합하는 것은 Rubisco로 알려진 효소에 의해 촉매됩니다.
C4 광합성의 장점
덥고 건조한 환경에서는 C4 광합성이 C3 광합성보다 더 효율적입니다. 이것은 두 가지 이유 때문입니다. 첫 번째는 시스템이 광합성에 반대되는 과정 인 광호흡을 거치지 않는다는 것입니다 (아래 참조). 두 번째는 식물이 모공을 장기간 닫아 두어 수분 손실을 피할 수 있다는 것입니다.
광호흡
이것은 성장하는 설탕에 CO2를 추가하는 대신 Rubisco가 산소를 추가하는 과정입니다. 광합성이 빠르게 진행되는 상황 (고온, 높은 수준의 빛 또는 둘 다)에서는 사용 가능한 O2가 너무 많아이 반응이 심각한 문제가됩니다. C4 식물은 잎의 관련 부분 (다발 덮개 세포)에 높은 농도의 CO2를 유지함으로써이 문제를 해결합니다.
물 손실
식물은 기공이라고 알려진 구멍을 통해 환경과 가스, CO2 및 O2를 교환합니다. 기공이 열리면 CO2가 확산되어 광합성 및 O2에 사용될 수 있으며, 광합성 생성물이 확산 될 수 있습니다. 그러나 기공이 열리면 식물은 또한 증산으로 인해 수분을 잃게되며, 이 문제는 덥고 건조한 기후에서 강화됩니다. C4 광합성을 수행하는 식물은 통합 CO2에서 더 효율적이기 때문에 C3 등가물보다 기공을 더 많이 닫을 수 있습니다. 이것은 물 손실을 최소화합니다.
단점
C4 광합성은 덥고 건조한 기후에서 분명히 유리하지만 시원하고 습한 기후에서는 그렇지 않습니다. 이것은 C4 광합성이 더 복잡하기 때문입니다. 더 많은 단계가 있고 전문화 된 해부학이 필요합니다. 이런 이유로 광호흡이나 수분 손실이 중요한 문제가 아니라면 C3 광합성이 더 효과적입니다. 이것이 대부분의 식물이 C3 광합성을 수행하는 이유입니다.