Tartalom
A fotoszintézis olyan folyamat, amely vizet, szén-dioxidot (CO2) és napenergiát használ fel a cukrok szintetizálására. Ezt sok növény, alga és baktérium végzi. A növényekben és algákban a fotoszintézis a sejt különleges részeiben, kloroplasztok néven zajlik; található a levelekben és a szárokban. Míg a legtöbb növény végrehajtja az úgynevezett C3 fotoszintézist, addig a meleg környezethez alkalmazkodó növények módosított formát alkalmaznak, amelyet C4 fotoszintézisnek neveznek.
C4 fotoszintézis
Az ilyen típusú fotoszintézis során a környezeti szén-dioxidot először beépítik a 4-szénsavba olyan sejtekben, amelyeket mezofillnek hívnak. Ezeket a savakat más sejtekbe szállítják, amelyeket úgynevezett kötegköpeny sejteknek hívnak. Ezekben a sejtekben a reakció megfordul, a CO2 felszabadul, majd ezt a normál (C3) fotoszintézis útvonalon alkalmazzák. A szén-dioxid 3-szén vegyületekbe való beépülését egy Rubisco néven ismert enzim katalizálja.
A C4 fotoszintézis előnyei
Forró és száraz környezetben a C4 fotoszintézis hatékonyabb, mint a C3 fotoszintézis. Ennek két oka van. Az első az, hogy a rendszer nem vesz át fotoreszpirációt, egy olyan folyamatot, amely ellentétes a fotoszintézissel (lásd alább). A második az, hogy a növények hosszabb ideig tudják bezárni pórusaikat, elkerülve ezzel a vízveszteséget.
fotorespiráció
Ez egy olyan folyamat, amelyben a növekvő cukorhoz a CO2 hozzáadása helyett a Rubisco oxigént ad hozzá. Olyan helyzetekben, amikor a fotoszintézis gyorsan megy végbe (magas hőmérsékleten, magas fényszinten vagy mindkettőnél), annyi O2 van elérhető, hogy ez a reakció jelentős problémává válik. A C4 növények ezt a problémát úgy oldják meg, hogy magas szén-dioxid-koncentrációt tartanak fenn a levél megfelelő részében (a köpeny hüvelyeinek).
Vízveszteség
A növények gázokat, CO2-t és O2-t cserélnek a környezetükkel a sztómaként ismert pórusokon keresztül. Ha a sztóma nyitva van, a CO2 diffundálódhat és felhasználható a fotoszintézisben és az O2-ben, a fotoszintézis terméke diffundálhat. Ha azonban a sztóma nyitva van, akkor a növény vízveszteséget is okoz az átesés miatt, és ez a probléma fokozódik a forró és száraz éghajlaton. A C4 fotoszintézist végző növények megtarthatják a sztómájukat C3-ekvivalenseiknél nagyobb mértékben, mert hatékonyabbak a CO2 beépítésében. Ez minimalizálja vízveszteségüket.
hátrányok
Bár a C4 fotoszintézise egyértelműen előnyös forró és száraz éghajlaton, ez nem igaz a hideg és nedves éghajlatokon. Ennek oka az, hogy a C4 fotoszintézise összetettebb: több lépéssel rendelkezik, és speciális anatómiát igényel. Ezért - kivéve, ha a fényszívás vagy a vízveszteség jelentős kérdés - a C3 fotoszintézise hatékonyabb. Ez az oka annak, hogy a növények többsége C3-szintézist végez.