Fotosinteza este un proces care utilizează apă, dioxid de carbon (CO2) și energie solară pentru a sintetiza zaharurile. Este realizat de multe plante, alge și bacterii. La plante și alge, fotosinteza are loc în părți speciale ale celulei numite cloroplaste; situat în frunze și tulpini. În timp ce majoritatea plantelor efectuează ceea ce este cunoscut sub numele de fotosinteza C3, plantele care s-au adaptat la medii fierbinți realizează o formă modificată cunoscută sub numele de fotosinteza C4.
C4 Fotosinteza
În acest tip de fotosinteză, CO2 din mediu este mai întâi încorporat în acizii cu 4-carbon în celule cunoscute sub numele de mezofile. Acești acizi sunt transportați către alte celule cunoscute sub denumirea de celule învelitoare. În aceste celule, reacția este inversată, CO2 este eliberat și ulterior utilizat în calea fotosintetică normală (C3). Incorporarea CO2 în compușii cu 3 carbon este catalizată de o enzimă cunoscută sub numele de Rubisco.
Avantajele fotosintezei C4
În medii calde și uscate fotosinteza C4 este mai eficientă decât fotosinteza C3. Acest lucru se datorează a două motive. Primul este că sistemul nu suferă fotorespirație, un proces care contravine fotosintezei (vezi mai jos). Al doilea este că plantele își pot menține porii închise perioade mai lungi de timp, evitând astfel pierderea de apă.
Fotorespiratia
Acesta este un proces în care, în loc să adauge CO2 la zahărul în creștere, Rubisco adaugă oxigen. În situațiile în care fotosinteza are loc rapid (la temperaturi ridicate, niveluri ridicate de lumină sau ambele), există atât de mult O2 disponibil încât această reacție devine o problemă semnificativă. Plantele C4 rezolvă această problemă menținând o concentrație ridicată de CO2 în porțiunea relevantă a frunzei (celulele învelișului mănunchiului).
Pierdere de apa
Plantele schimbă gaze, CO2 și O2, cu mediul lor prin porii cunoscuți sub numele de stomate. Când stomatele sunt deschise, CO2 se poate difuza pentru a fi utilizat în fotosinteză și O2, un produs de fotosinteză se poate difuza. Cu toate acestea, atunci când stomatele sunt deschise, planta pierde și apă din cauza transpirației, iar această problemă este sporită în climatul cald și uscat. Plantele care realizează fotosinteza C4 își pot menține stomatele închise mai mult decât echivalentele lor C3, deoarece sunt mai eficiente în incorporarea CO2. Acest lucru minimizează pierderea lor de apă.
Dezavantaje
Deși fotosinteza C4 este în mod clar avantajoasă în climatele calde și uscate, acest lucru nu este adevărat în cele reci și umede. Acest lucru se datorează faptului că fotosinteza C4 este mai complexă: are mai mulți pași și necesită o anatomie specializată. Din acest motiv, cu excepția cazului în care fotorespirarea sau pierderea de apă sunt probleme semnificative, fotosinteza C3 este mai eficientă. Acesta este motivul pentru care majoritatea plantelor efectuează fotosinteza C3.
