C4 Fotosentezinin Avantajı Nedir?

Fotosentez, şekerleri sentezlemek için su, karbondioksit (CO2) ve güneş enerjisi kullanan bir süreçtir. Birçok bitki, alg ve bakteri tarafından gerçekleştirilir. Bitkilerde ve alglerde fotosentez, hücrenin kloroplast adı verilen özel bölümlerinde gerçekleşir; yapraklarda ve gövdelerde bulunur. Çoğu bitki C3 fotosentezi olarak bilinen şeyi gerçekleştirirken, sıcak ortamlara uyum sağlayan bitkiler C4 fotosentezi olarak bilinen değiştirilmiş bir form gerçekleştirir.

Bu tip fotosentezde, çevresel CO2 ilk önce mezofiller olarak bilinen hücrelerde 4-karbon asitlerine dahil edilir. Bu asitler, demet kılıf hücreleri olarak bilinen diğer hücrelere taşınır. Bu hücrelerde reaksiyon tersine çevrilir, CO2 salınır ve ardından normal (C3) fotosentetik yolda kullanılır. CO2'nin 3-karbonlu bileşiklere dahil edilmesi, Rubisco olarak bilinen bir enzim tarafından katalize edilir.

Sıcak ve kuru ortamlarda C4 fotosentezi, C3 fotosentezinden daha verimlidir. Bu iki nedenden kaynaklanmaktadır. Birincisi, sistemin fotosenteze ters düşen bir süreç olan fotorespirasyona maruz kalmamasıdır (aşağıya bakınız). İkincisi, bitkilerin gözeneklerini daha uzun süre kapalı tutabilmeleri, böylece su kaybını önleyebilmeleridir.

Bu, Rubisco'nun büyüyen şekere CO2 eklemek yerine oksijen eklediği bir süreçtir. Fotosentezin hızlı gerçekleştiği durumlarda (yüksek sıcaklıkta, yüksek ışık seviyelerinde veya her ikisinde), o kadar çok O2 mevcuttur ki, bu reaksiyon önemli bir problem haline gelir. C4 bitkileri bu sorunu, yaprağın ilgili kısmında (demet kılıf hücreleri) yüksek konsantrasyonda CO2 muhafaza ederek çözer.

Bitkiler, stoma olarak bilinen gözenekler aracılığıyla çevreleriyle gazları, CO2 ve O2'yi değiştirir. Stomalar açık olduğunda, fotosentezde kullanılmak üzere CO2 difüze olabilir ve O2, bir fotosentez ürünü difüze olabilir. Ancak stomalar açıldığında bitki de terleme nedeniyle su kaybeder ve bu sorun sıcak ve kuru iklimlerde daha da artar. C4 fotosentezi yapan bitkiler, CO2'yi bünyesine katmada daha verimli olduklarından, stomalarını C3 eşdeğerlerinden daha fazla kapalı tutabilirler. Bu onların su kaybını en aza indirir.

C4 fotosentezi, sıcak ve kuru iklimlerde açıkça avantajlı olsa da, serin ve nemli iklimlerde bu doğru değildir. Bunun nedeni, C4 fotosentezinin daha karmaşık olmasıdır: daha fazla adımı vardır ve özel bir anatomi gerektirir. Bu nedenle, fotorespirasyon veya su kaybı önemli bir sorun olmadığı sürece, C3 fotosentezi daha etkilidir. Bu nedenle bitkilerin çoğu C3 fotosentezini gerçekleştirir.