Περιεχόμενο
Η φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιεί νερό, διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και ηλιακή ενέργεια για τη σύνθεση σακχάρων. Διεξάγεται από πολλά φυτά, φύκια και βακτήρια. Στα φυτά και τα άλγη, η φωτοσύνθεση συμβαίνει σε ειδικά μέρη του κυττάρου που ονομάζονται χλωροπλάστες. που βρίσκεται στα φύλλα και τους μίσχους. Ενώ τα περισσότερα φυτά εκτελούν αυτό που είναι γνωστό ως φωτοσύνθεση C3, τα φυτά που έχουν προσαρμοστεί σε ζεστά περιβάλλοντα εκτελούν μια τροποποιημένη μορφή γνωστή ως C4 φωτοσύνθεση.
C4 Φωτοσύνθεση
Σε αυτόν τον τύπο φωτοσύνθεσης, το CO2 ενσωματώνεται πρώτα σε οξέα 4-άνθρακα σε κύτταρα γνωστά ως μεσοφύλλες. Αυτά τα οξέα μεταφέρονται σε άλλα κύτταρα που είναι γνωστά ως δεσμίδες κυψέλης. Σε αυτά τα κύτταρα, η αντίδραση αναστρέφεται, το CO2 απελευθερώνεται και στη συνέχεια χρησιμοποιείται στη φυσιολογική (C3) φωτοσυνθετική οδό. Η ενσωμάτωση του CO2 σε ενώσεις 3-άνθρακα καταλύεται από ένα ένζυμο γνωστό ως Rubisco.
Πλεονεκτήματα της C4 φωτοσύνθεσης
Σε ζεστά και ξηρά περιβάλλοντα, η φωτοσύνθεση C4 είναι πιο αποτελεσματική από τη φωτοσύνθεση C3. Αυτό οφείλεται σε δύο λόγους. Το πρώτο είναι ότι το σύστημα δεν υφίσταται φωτοαναπνοή, μια διαδικασία που αντιτίθεται στη φωτοσύνθεση (βλ. Παρακάτω). Το δεύτερο είναι ότι τα φυτά μπορούν να κρατήσουν τους πόρους τους κλεισμένους σε μεγαλύτερες χρονικές περιόδους, αποφεύγοντας έτσι την απώλεια νερού.
Φωτοαναισθησία
Αυτή είναι μια διαδικασία στην οποία, αντί να προσθέτει CO2 στην αυξανόμενη ζάχαρη, η Rubisco προσθέτει οξυγόνο. Σε καταστάσεις όπου η φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα γρήγορα (σε υψηλή θερμοκρασία, υψηλά επίπεδα φωτός ή και τα δύο), υπάρχει τόσο πολύ διαθέσιμο O2 ώστε αυτή η αντίδραση να γίνει ένα σημαντικό πρόβλημα. Τα C4 φυτά επιλύουν αυτό το πρόβλημα διατηρώντας υψηλή συγκέντρωση CO2 στο σχετικό τμήμα του φύλλου (τα κύτταρα της θήκης δέσμης).
Απώλεια νερού
Τα φυτά ανταλλάσσουν αέρια, CO2 και Ο2, με το περιβάλλον τους μέσω πόρων γνωστών ως stomata. Όταν τα στομάχια είναι ανοικτά, το CO2 μπορεί να διαχέεται για να χρησιμοποιηθεί στη φωτοσύνθεση και το 02, ένα προϊόν φωτοσύνθεσης μπορεί να διαχέεται. Ωστόσο, όταν τα στομάχια είναι ανοιχτά το εργοστάσιο χάνει επίσης νερό λόγω της διαπνοής, και αυτό το πρόβλημα ενισχύεται σε καυτό και ξηρό κλίμα. Τα φυτά που εκτελούν C4 φωτοσύνθεση μπορούν να κρατήσουν τα stomata τους κλειστά περισσότερο από τα ισοδύναμα C3 τους, επειδή είναι πιο αποτελεσματικά στην ενσωμάτωση CO2. Αυτό ελαχιστοποιεί την απώλεια νερού τους.
Μειονεκτήματα
Αν και η C4 φωτοσύνθεση είναι σαφώς πλεονεκτική σε καυτά και ξηρά κλίματα, αυτό δεν ισχύει στις δροσερές και υγρές. Αυτό συμβαίνει επειδή η C4 φωτοσύνθεση είναι πιο περίπλοκη: έχει περισσότερα βήματα και απαιτεί μια εξειδικευμένη ανατομία. Για το λόγο αυτό, εκτός εάν η φωτοαναπνοή ή η απώλεια νερού είναι σημαντικά ζητήματα, η φωτοσύνθεση C3 είναι πιο αποτελεσματική. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η πλειονότητα των φυτών εκτελεί C3 φωτοσύνθεση.