Kāda ir C4 fotosintēzes priekšrocība?

Fotosintēze ir process, kurā cukuru sintezēšanai izmanto ūdeni, oglekļa dioksīdu (CO2) un saules enerģiju. To veic daudzi augi, aļģes un baktērijas. Augos un aļģēs fotosintēze notiek īpašās šūnas daļās, ko sauc par hloroplastiem; atrodas lapās un kātos. Tā kā lielākā daļa augu veic tā dēvēto C3 fotosintēzi, augi, kas ir pielāgojušies karstai videi, veic modificētu formu, kas pazīstama kā C4 fotosintēze.

Šāda veida fotosintēzē CO2 vispirms tiek iekļauts 4-oglekļa skābēs šūnās, kas pazīstamas kā mezofilas. Šīs skābes tiek transportētas uz citām šūnām, kas pazīstamas kā saišķa apvalka šūnas. Šajās šūnās reakcija tiek mainīta, CO2 izdalās un pēc tam tiek izmantots normālā (C3) fotosintēzes ceļā. CO2 iekļaušanu 3-oglekļa savienojumos katalizē ferments, kas pazīstams kā Rubisco.

Karstā un sausā vidē C4 fotosintēze ir efektīvāka nekā C3 fotosintēze. Tas ir saistīts ar diviem iemesliem. Pirmais ir tas, ka sistēma netiek pakļauta fotorespirācijai - procesam, kas ir pretrunā ar fotosintēzi (skatīt zemāk). Otrs ir tas, ka augi ilgāk var aizvērt poras, tādējādi izvairoties no ūdens zudumiem.

Tas ir process, kurā tā vietā, lai augošajam cukuram pievienotu CO2, Rubisco pievieno skābekli. Situācijās, kad fotosintēze notiek ātri (augstā temperatūrā, lielā gaismas līmenī vai abos), O2 ir pieejams tik daudz, ka šī reakcija kļūst par nozīmīgu problēmu. C4 augi atrisina šo problēmu, saglabājot augstu CO2 koncentrāciju attiecīgajā lapas daļā (saišķa apvalka šūnās).

Augi apmainās ar gāzēm, CO2 un O2 ar savu vidi caur porām, kas pazīstamas kā stomāti. Kad stomāti ir atvērti, CO2 var difundēt, lai to izmantotu fotosintēzē, un O2, fotosintēzes produkts var difundēt. Tomēr, kad stomāti ir atvērti, transpirācijas dēļ augs zaudē arī ūdeni, un šī problēma tiek pastiprināta karstā un sausā klimatā. Augi, kas veic C4 fotosintēzi, var saglabāt savus stomatus vairāk nekā C3 ekvivalentus, jo tie ir efektīvāk iekļauti CO2. Tas samazina to ūdens zudumus.

Lai gan karstā un sausā klimatā C4 fotosintēze nepārprotami ir izdevīga, vēsā un mitrā klimatā tā nav. Tas ir tāpēc, ka C4 fotosintēze ir sarežģītāka: tai ir vairāk pakāpju un nepieciešama specializēta anatomija. Šī iemesla dēļ C3 fotosintēze ir efektīvāka, ja vien fotospirācija vai ūdens zudumi nav nozīmīgi jautājumi. Tāpēc lielākā daļa augu veic C3 fotosintēzi.