Съдържание
Фотосинтезата е процес, който използва вода, въглероден диоксид (CO2) и слънчева енергия за синтезиране на захари. Извършва се от много растения, водорасли и бактерии. При растенията и водораслите фотосинтезата протича в специални части на клетката, наречени хлоропласти; разположени в листата и стъблата. Докато повечето растения извършват това, което е известно като C3 фотосинтеза, растенията, които са се приспособили към гореща среда, извършват модифицирана форма, известна като C4 фотосинтеза.
C4 Фотосинтеза
При този вид фотосинтеза околната среда първо се включва в 4-въглеродни киселини в клетки, известни като мезофили. Тези киселини се транспортират до други клетки, известни като клетъчни клетки на снопа. В тези клетки реакцията е обратна, отделя се CO2 и впоследствие се използва в нормалния (С3) фотосинтетичен път. Включването на CO2 в 3-въглеродни съединения се катализира от ензим, известен като Рубиско.
Предимства на C4 фотосинтезата
В гореща и суха среда фотосинтезата на С4 е по-ефективна от фотосинтезата на С3. Това се дължи на две причини. Първият е, че системата не претърпява фотореспирация, процес, който противоречи на фотосинтезата (виж по-долу). Вторият е, че растенията могат да задържат порите си по-дълги периоди от време, като по този начин се избягва загубата на вода.
Photorespiration
Това е процес, при който вместо да добавя CO2 към нарастващата захар, Rubisco добавя кислород. В ситуации, в които фотосинтезата протича бързо (при висока температура, високи нива на светлина или и двете), има толкова много O2 на разположение, че тази реакция се превръща в сериозен проблем. C4 растенията решават този проблем, като поддържат висока концентрация на CO2 в съответната част на листа (клетките на обвивката на снопа).
Загуба на вода
Растенията обменят газове, CO2 и O2, с тяхната среда чрез пори, известни като стомаси. Когато стомасите са отворени, CO2 може да дифундира, за да бъде използван при фотосинтезата и O2, продукт на фотосинтеза може да се разпространи. Въпреки това, когато стомасите са отворени, растението също губи вода поради транспирация и този проблем се засилва в горещ и сух климат. Растенията, които извършват фотосинтеза на С4, могат да запазят стомасите си затворени повече от техните еквиваленти на С3, тъй като те са по-ефективни при включването на CO2. Това свежда до минимум загубата им на вода.
Недостатъци
Въпреки че фотосинтезата на С4 очевидно е благоприятна при горещ и сух климат, това не е вярно при хладните и влажни такива. Това е така, защото фотосинтезата на С4 е по-сложна: има повече стъпки и изисква специализирана анатомия. Поради тази причина, освен ако фотореспирацията или загубата на вода не са съществени проблеми, фотосинтезата на С3 е по-ефективна. Ето защо по-голямата част от растенията извършват фотосинтеза на С3.