Vad är fördelen med C4 fotosyntes?

Fotosyntes är en process som använder vatten, koldioxid (CO2) och solenergi för att syntetisera sockerarter. Det utförs av många växter, alger och bakterier. I växter och alger förekommer fotosyntes i speciella delar av cellen som kallas kloroplaster; ligger i löv och stjälkar. Medan de flesta växter utför så kallad C3-fotosyntes, utför växter som har anpassats till heta miljöer en modifierad form som kallas C4-fotosyntes.

I denna typ av fotosyntes inkorporeras miljö-CO2 först i 4-kolsyror i celler som kallas mesofyller. Dessa syror transporteras till andra celler som kallas buntmantelceller. I dessa celler vänds reaktionen, CO2 frigörs och används därefter i den normala (C3) fotosyntetiska vägen. Införlivandet av CO2 i 3-kolföreningar katalyseras av ett enzym som kallas Rubisco.

I varma och torra miljöer är C4-fotosyntes effektivare än C3-fotosyntes. Detta beror på två skäl. Den första är att systemet inte genomgår fotorespiration, en process som strider mot fotosyntes (se nedan). Den andra är att växter kan hålla sina porer stängda längre tid och därmed undvika vattenförlust.

Detta är en process där Rubisco tillför syre i stället för att tillsätta koldioxid till det växande sockret. I situationer där fotosyntes sker snabbt (vid hög temperatur, höga ljusnivåer eller båda) finns det så mycket O2 tillgängligt att denna reaktion blir ett betydande problem. C4-växter löser detta problem genom att bibehålla en hög CO2-koncentration i den relevanta delen av bladet (buntmantelcellerna).

Växter utbyter gaser, CO2 och O2, med sin miljö genom porer som kallas stomata. När stomatorna är öppna kan CO2 diffundera för att användas i fotosyntes och O2, en produkt från fotosyntes kan diffundera ut. Men när stomatorna är öppna förlorar växten också vatten på grund av transpiration, och detta problem förbättras i varma och torra klimat. Växter som utför C4-fotosyntes kan hålla munnen stängd mer än sina C3-ekvivalenter eftersom de är mer effektiva när det gäller att inkorporera CO2. Detta minimerar deras vattenförlust.

Även om C4-fotosyntes är klart fördelaktig i varma och torra klimat, är detta inte sant i svala och fuktiga. Detta beror på att C4-fotosyntes är mer komplex: den har fler steg och kräver en specialiserad anatomi. Av denna anledning, om inte fotorespiration eller vattenförlust är viktiga problem, är C3-fotosyntes effektivare. Detta är anledningen till att majoriteten av växterna utför C3-fotosyntes.