Kakšna je prednost fotosinteze C4?

Fotosinteza je postopek, ki za sintezo sladkorjev uporablja vodo, ogljikov dioksid (CO2) in sončno energijo. Izvajajo jo številne rastline, alge in bakterije. Pri rastlinah in algah se fotosinteza pojavlja v posebnih delih celice, imenovanih kloroplasti; ki se nahaja v listih in steblih. Medtem ko večina rastlin izvaja tako imenovano fotosintezo C3, rastline, ki so se prilagodile vročemu okolju, izvajajo modificirano obliko, znano kot fotosinteza C4.

Pri tej vrsti fotosinteze se CO2 najprej vključi v 4-ogljikove kisline v celicah, imenovanih mezofili. Te kisline se prenašajo v druge celice, znane kot snopne ovojne celice. V teh celicah se reakcija obrne, sprosti se CO2 in se nato uporabi po normalni (C3) fotosintetski poti. Vključevanje CO2 v 3-ogljikove spojine katalizira encim, znan kot Rubisco.

V vročem in suhem okolju je fotosinteza C4 učinkovitejša od fotosinteze C3. To je iz dveh razlogov. Prva je ta, da sistem ne podleže fotodihanju, kar je v nasprotju s fotosintezo (glej spodaj). Drugi je, da lahko rastline dlje časa zapirajo pore, s čimer se izognejo izgubi vode.

To je postopek, v katerem Rubisco namesto dodajanja CO2 naraščajočemu sladkorju doda kisik. V situacijah, ko fotosinteza poteka hitro (pri visoki temperaturi, visoki svetlobi ali oboje), je na voljo toliko O2, da ta reakcija postane pomemben problem. Rastline C4 to težavo rešijo tako, da ohranijo visoko koncentracijo CO2 v ustreznem delu lista (celice ovojnih snopov).

Rastline izmenjujejo pline, CO2 in O2, s svojim okoljem skozi pore, znane kot stomati. Ko so stomati odprti, lahko CO2 razprši in se uporabi pri fotosintezi in O2, produkt fotosinteze pa lahko razprši. Ko pa so stomate odprte, rastlina zaradi transpiracije izgubi tudi vodo in ta težava se poveča v vročem in suhem podnebju. Rastline, ki izvajajo fotosintezo C4, lahko svoje ožilje držijo zaprte bolj kot njihovi ekvivalenti C3, ker so učinkovitejše pri vključevanju CO2. To zmanjša njihovo izgubo vode.

Čeprav je fotosinteza C4 očitno koristna v vročem in suhem podnebju, to ne drži v hladnih in vlažnih. To je zato, ker je fotosinteza C4 bolj zapletena: ima več korakov in zahteva posebno anatomijo. Zato je fotosinteza C3 učinkovitejša, razen če sta fotorespiracija ali izguba vode pomembna vprašanja. Zato večina rastlin izvaja fotosintezo C3.