Hvad er fordelene ved C4 fotosyntese?

Fotosyntese er en proces, der bruger vand, kuldioxid (CO2) og solenergi til at syntetisere sukkerarter. Det udføres af mange planter, alger og bakterier. I planter og alger forekommer fotosyntese i særlige dele af cellen kaldet chloroplaster; placeret i blade og stilke. Mens de fleste planter udfører det, der er kendt som C3 fotosyntese, planter der har tilpasset sig varme miljøer udfører en ændret form kendt som C4 fotosyntese.

C4 fotosyntese

I denne type fotosyntese er miljø CO2 først inkorporeret i 4-carbon syrer i celler kendt som mesophylls. Disse syrer transporteres til andre celler kendt som bundlekappeceller. I disse celler reverseres reaktionen, CO2 frigives og anvendes derefter i den normale (C3) fotosyntetiske vej. Inkorporering af CO2 i 3-carbonforbindelser katalyseres af et enzym, der er kendt som Rubisco.

Fordele ved C4 fotosyntesen

I varme og tørre omgivelser er C4 fotosyntese mere effektiv end C3 fotosyntese. Dette skyldes to grunde. Den første er, at systemet ikke gennemgår fotorespiration, en proces der strider imod fotosyntese (se nedenfor). Den anden er, at planterne kan holde deres porer lukkede længere perioder og dermed undgå vandtab.

Photorespiration

Dette er en proces, hvor i stedet for at tilføje CO2 til det voksende sukker, Rubisco tilføjer ilt. I situationer, hvor fotosyntese finder sted hurtigt (ved høj temperatur, høje niveauer af lys eller begge), er der så meget O2 til rådighed, at denne reaktion bliver et signifikant problem. C4 planter løser dette problem ved at opretholde en høj koncentration af CO2 i den relevante del af bladet (bundtet kappe celler).

Vandtab

Planter udveksler gasser, CO2 og O2 med deres miljø gennem porer kendt som stomata. Når stomata er åbne, kan CO2 diffunde ind for at blive anvendt i fotosyntese og O2, kan et produkt af fotosyntese diffunde ud. Men når stomata er åbne, mister planten også vand på grund af transpiration, og dette problem forbedres i varme og tørre klimaer. Planter, der udfører C4 fotosyntese, kan holde deres stomata lukket mere end deres C3 ækvivalenter, fordi de er mere effektive ved inkorporering CO2. Dette minimerer deres vandtab.

Ulemper

Selvom C4 fotosyntese er klart fordelagtigt i varme og tørre klimaer, er det ikke sandt i kølige og fugtige. Dette skyldes, at C4 fotosyntese er mere kompleks: den har flere trin og kræver en specialiseret anatomi. Af denne grund er C3 fotosyntese mere effektiv, medmindre fotorespiration eller vandtab er væsentlige problemer. Derfor udfører flertallet af planter C3 fotosyntese.