Hva er fordelen med C4 fotosyntese?

Fotosyntese er en prosess som bruker vann, karbondioksid (CO2) og solenergi for å syntetisere sukker. Det utføres av mange planter, alger og bakterier. I planter og alger forekommer fotosyntese i spesielle deler av cellen som kalles kloroplaster; ligger i bladene og stilkene. Mens de fleste planter utfører det som kalles C3 fotosyntese, utfører planter som har tilpasset seg varme omgivelser en modifisert form kjent som C4 fotosyntese.

I denne typen fotosyntese blir miljø-CO2 først innlemmet i 4-karbonsyrer i celler kjent som mesofyller. Disse syrene transporteres til andre celler kjent som bunnshylsceller. I disse cellene reverseres reaksjonen, CO2 frigjøres og brukes deretter i den normale (C3) fotosyntetiske banen. Inkorporeringen av CO2 i 3-karbonforbindelser katalyseres av et enzym kjent som Rubisco.

I varme og tørre omgivelser er C4 fotosyntese mer effektiv enn C3 fotosyntese. Dette skyldes to grunner. Den første er at systemet ikke gjennomgår fotorespirasjon, en prosess som strider mot fotosyntese (se nedenfor). Den andre er at planter kan holde porene stengt over lengre tid, og dermed unngå vanntap.

Dette er en prosess der Rubisco tilfører oksygen i stedet for å tilsette CO2 til det voksende sukkeret. I situasjoner der fotosyntese foregår raskt (ved høy temperatur, høye nivåer av lys eller begge deler), er det så mye O2 tilgjengelig at denne reaksjonen blir et betydelig problem. C4-planter løser dette problemet ved å opprettholde en høy konsentrasjon av CO2 i den aktuelle delen av bladet (bunnskappcellene).

Planter bytter ut gasser, CO2 og O2, med omgivelsene gjennom porene kjent som stomata. Når stomataene er åpne kan CO2 diffundere for å brukes i fotosyntese og O2, et produkt av fotosyntese kan diffundere ut. Men når stomata er åpen, mister planten også vann på grunn av transpirasjon, og dette problemet forbedres i varme og tørre klimaer. Planter som utfører C4 fotosyntese kan holde stomata lukket mer enn C3-ekvivalenter fordi de er mer effektive i innlemmelsen av CO2. Dette minimerer vanntapet.

Selv om C4-fotosyntese er klart fordelaktig i varme og tørre klimaer, er dette ikke sant i kjølig og fuktig. Dette er fordi C4 fotosyntese er mer kompleks: den har flere trinn og krever en spesialisert anatomi. Av denne grunn, med mindre fotorespirasjon eller vanntap er viktige problemer, er C3 fotosyntese mer effektiv. Dette er grunnen til at de fleste plantene utfører C3 fotosyntese.