Фотосинтез - это процесс, в котором для синтеза сахаров используются вода, углекислый газ (CO2) и солнечная энергия. Его переносят многие растения, водоросли и бактерии. У растений и водорослей фотосинтез происходит в особых частях клетки, называемых хлоропластами; находится в листьях и стеблях. В то время как большинство растений выполняют так называемый фотосинтез C3, растения, которые адаптировались к жаркой окружающей среде, выполняют модифицированную форму, известную как фотосинтез C4.
C4 Фотосинтез
В этом типе фотосинтеза в окружающей среде СО2 сначала включается в 4-углеродные кислоты в клетках, известных как мезофиллы. Эти кислоты транспортируются в другие клетки, известные как клетки оболочки пучка. В этих клетках реакция обратная, CO2 высвобождается и впоследствии используется в нормальном (C3) пути фотосинтеза. Включение CO2 в 3-углеродные соединения катализируется ферментом, известным как Rubisco.
Преимущества фотосинтеза C4
В жарких и сухих условиях фотосинтез C4 более эффективен, чем фотосинтез C3. Это связано с двумя причинами. Во-первых, система не подвергается фотодыханию - процессу, который идет вразрез с фотосинтезом (см. Ниже). Вторая причина заключается в том, что растения могут держать поры закрытыми более длительные периоды времени, что позволяет избежать потери воды.
Фотодыхание
Это процесс, при котором вместо добавления CO2 к растущему сахару Rubisco добавляет кислород. В ситуациях, когда фотосинтез происходит быстро (при высокой температуре, высоком уровне света или и том и другом), доступно так много O2, что эта реакция становится серьезной проблемой. Растения C4 решают эту проблему, поддерживая высокую концентрацию CO2 в соответствующей части листа (клетках оболочки пучка).
Потеря воды
Растения обмениваются газами, CO2 и O2, с окружающей средой через поры, известные как устьица. Когда устьица открыты, СО2 может диффундировать внутрь для использования в фотосинтезе, а О2, продукт фотосинтеза, может диффундировать наружу. Однако, когда устьица открыты, растение также теряет воду из-за транспирации, и эта проблема усугубляется в жарком и сухом климате. Растения, которые осуществляют фотосинтез C4, могут держать устьица закрытыми больше, чем их эквиваленты C3, потому что они более эффективно поглощают CO2. Это сводит к минимуму их потерю воды.
Недостатки
Хотя фотосинтез C4 явно выгоден в жарком и сухом климате, это не так в прохладном и влажном климате. Это связано с тем, что фотосинтез C4 более сложен: он состоит из большего числа этапов и требует специальной анатомии. По этой причине, если фотодыхание или потеря воды не являются серьезными проблемами, фотосинтез C3 более эффективен. Вот почему большинство растений осуществляют фотосинтез С3.