Indhold
Fotosyntese er en proces, der bruger vand, kuldioxid (CO2) og solenergi til at syntetisere sukkerarter. Det udføres af mange planter, alger og bakterier. Hos planter og alger forekommer fotosyntese i specielle dele af cellen kaldet chloroplaster; placeret i blade og stængler. Mens de fleste planter udfører det, der er kendt som C3-fotosyntese, udfører planter, der er tilpasset varme omgivelser, en modificeret form, der kaldes C4-fotosyntesen.
C4 fotosyntese
I denne type fotosyntese inkorporeres miljømæssigt CO2 først i 4-kulsyre i celler kendt som mesophyller. Disse syrer transporteres til andre celler, der er kendt som bundtkappe-celler. I disse celler er reaktionen vendt, CO2 frigives og derefter brugt i den normale (C3) fotosyntetiske vej. Inkorporering af CO2 i 3-carbonforbindelser katalyseres af et enzym kendt som Rubisco.
Fordele ved C4-fotosyntesen
I varme og tørre omgivelser er C4-fotosyntesen mere effektiv end C3-fotosyntesen. Dette skyldes to grunde. Den første er, at systemet ikke gennemgår fotorespiration, en proces, der er i modstrid med fotosyntesen (se nedenfor). Den anden er, at planter kan holde deres porer lukket i længere perioder og således undgå vandtab.
fotorespiration
Dette er en proces, hvor Rubisco tilsætter ilt i stedet for at tilføje CO2 til det voksende sukker. I situationer, hvor fotosyntesen finder sted hurtigt (ved høj temperatur, høje lysniveauer eller begge dele), er der så meget O2 til rådighed, at denne reaktion bliver et væsentligt 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 stomaterne er åbne, kan CO2 diffundere til at blive brugt i fotosyntesen og O2, et produkt af fotosyntesen kan diffundere ud. Når tomaterne er åbne, mister planten imidlertid også vand på grund af transpiration, og dette problem forbedres i varmt og tørt klima. Planter, der udfører C4-fotosyntese, kan holde deres stomi lukket mere end deres C3-ækvivalenter, fordi de er mere effektive i inkorporering af CO2. Dette minimerer deres vandtab.
Ulemper
Selvom C4-fotosyntesen er klart fordelagtig i varmt og tørt klima, er dette ikke tilfældet i kølige og fugtige. Dette skyldes, at C4-fotosyntesen er mere kompleks: den har flere trin og kræver en specialiseret anatomi. Af denne grund er C3-fotosyntesen mere effektiv, medmindre fotorespiration eller vandtab er væsentlige problemer. Dette er grunden til, at størstedelen af planterne udfører C3-fotosyntese.