Fotosyntéza je proces, pri ktorom sa na syntézu cukrov využíva voda, oxid uhličitý (CO2) a slnečná energia. Vykonávajú ho mnohé rastliny, riasy a baktérie. V rastlinách a riasach sa fotosyntéza vyskytuje v špeciálnych častiach bunky nazývaných chloroplasty; nachádza sa v listoch a stonkách. Zatiaľ čo väčšina rastlín vykonáva takzvanú fotosyntézu C3, rastliny, ktoré sa adaptovali na horúce prostredie, vykonávajú upravenú formu známu ako fotosyntéza C4.
C4 fotosyntéza
Pri tomto type fotosyntézy sa CO2 najskôr začlení do 4-uhlíkových kyselín v bunkách známych ako mezofyly. Tieto kyseliny sú transportované do ďalších buniek známych ako bunky plášťa zväzku. V týchto bunkách je reakcia obrátená, uvoľňuje sa CO2 a následne sa použije v normálnej (C3) fotosyntetickej dráhe. Inkorporácia CO2 do 3-uhlíkových zlúčenín je katalyzovaná enzýmom známym ako Rubisco.
Výhody fotosyntézy C4
V horúcom a suchom prostredí je fotosyntéza C4 efektívnejšia ako fotosyntéza C3. Je to z dvoch dôvodov. Prvým z nich je, že systém nepodlieha fotorespirácii, čo je proces, ktorý je v rozpore s fotosyntézou (pozri nižšie). Druhým je to, že rastliny môžu udržiavať póry zatvorené dlhšie, čím sa zabráni strate vody.
Fotorespirácia
Toto je proces, pri ktorom Rubisco namiesto pridávania CO2 do rastúceho cukru pridáva kyslík. V situáciách, keď fotosyntéza prebieha rýchlo (pri vysokej teplote, vysokej hladine svetla alebo obidvoch), je k dispozícii toľko kyslíka, že sa táto reakcia stáva významným problémom. Rastliny C4 tento problém riešia udržiavaním vysokej koncentrácie CO2 v príslušnej časti listu (bunky plášťa zväzku).
Strata vody
Rastliny si vymieňajú plyny, CO2 a O2, s okolitým prostredím cez póry známe ako prieduchy. Keď sú otvorené prieduchy, môže CO2 difundovať dovnútra, aby sa mohol použiť pri fotosyntéze, a O2, produkt fotosyntézy môže difundovať von. Keď sú však prieduchy otvorené, rastlina stráca tiež vodu v dôsledku transpirácie, a tento problém sa zvyšuje v horúcom a suchom podnebí. Rastliny, ktoré vykonávajú fotosyntézu C4, môžu udržiavať uzavreté svoje prieduchy viac ako svoje ekvivalenty C3, pretože sú efektívnejšie v zabudovaní CO2. To minimalizuje ich stratu vody.
Nevýhody
Aj keď je fotosyntéza C4 jednoznačne výhodná v horúcom a suchom podnebí, v chladnom a vlhkom prostredí to neplatí. Je to preto, že fotosyntéza C4 je zložitejšia: má viac krokov a vyžaduje špeciálnu anatómiu. Z tohto dôvodu, pokiaľ nie sú fotorespirácia alebo strata vody významnými problémami, je fotosyntéza C3 účinnejšia. To je dôvod, prečo väčšina rastlín vykonáva fotosyntézu C3.
