Sisältö
Fotosynteesi on prosessi, jossa käytetään vettä, hiilidioksidia (CO2) ja aurinkoenergiaa sokerien syntetisointiin. Sitä suorittavat monet kasvit, levät ja bakteerit. Kasveissa ja levissä fotosynteesi tapahtuu solun erityisissä osissa, nimeltään kloroplasti; sijaitsevat lehdet ja varret. Kun suurin osa kasveista suorittaa niin kutsutun C3-fotosynteesin, kasvit, jotka ovat sopeutuneet kuumaan ympäristöön, suorittavat muunnetun muodon, joka tunnetaan nimellä C4-fotosynteesi.
C4-fotosynteesi
Tämän tyyppisessä fotosynteesissä ympäristö hiilidioksidi sisällytetään ensin 4-hiilihappoon soluissa, jotka tunnetaan nimellä mesofyllit. Nämä hapot kuljetetaan muihin soluihin, jotka tunnetaan nippusuojuksina. Näissä soluissa reaktio kääntyy, CO2 vapautuu ja sitä käytetään myöhemmin normaalissa (C3) fotosynteesireitissä. CO2: n sisällyttämistä 3-hiiliyhdisteisiin katalysoi entsyymi, joka tunnetaan nimellä Rubisco.
C4-fotosynteesin edut
Kuumissa ja kuivissa ympäristöissä C4-fotosynteesi on tehokkaampaa kuin C3-fotosynteesi. Tämä johtuu kahdesta syystä. Ensimmäinen on, että järjestelmä ei läpikäy fotorespiraatiota, prosessia, joka on fotosünteesin vastainen (katso alla). Toinen on se, että kasvit voivat pitää huokoset kiinni pidemmän aikaa, jolloin vältetään veden menetykset.
Photorespiration
Tämä on prosessi, jossa kasvavan sokerin lisäämisen sijasta Rubisco lisää happea. Tilanteissa, joissa fotosynteesi tapahtuu nopeasti (korkeassa lämpötilassa, korkealla valotasolla tai molemmissa), käytettävissä on niin paljon O2: ta, että tästä reaktiosta tulee merkittävä ongelma. C4-kasvit ratkaisevat tämän ongelman pitämällä korkeat hiilidioksidipitoisuudet lehden asianmukaisessa osassa (kimppuvaipan solut).
Veden menetys
Kasvit vaihtavat kaasuja, CO2 ja O2, ympäristöönsä huokosten kautta, jotka tunnetaan nimellä stomata. Kun stomaatit ovat avoimia, CO2 voi diffundoitua käytettäväksi fotosynteesissä ja O2: ssa, fotosynteesituote voi diffundoitua. Kuitenkin kun stomata on auki, kasvi menettää myös veden transpiraatiosta, ja tämä ongelma lisääntyy kuumassa ja kuivassa ilmastossa. Kasvit, jotka suorittavat C4-fotosynteesiä, voivat pitää vatsansa suljettuna enemmän kuin C3-ekvivalentit, koska ne ovat tehokkaampia sisällyttämään CO2: ta. Tämä minimoi niiden vesihäviöt.
haitat
Vaikka C4-fotosynteesi on selvästi edullista kuumassa ja kuivassa ilmastossa, tämä ei pidä paikkaansa viileissä ja kosteissa ilmastoissa. Tämä johtuu siitä, että C4-fotosynteesi on monimutkaisempaa: siinä on enemmän vaiheita ja se vaatii erikoistunutta anatomiaa. Tästä syystä, ellei valoherkkyys tai vesihäviö ole merkittäviä ongelmia, C3-fotosynteesi on tehokkaampaa. Siksi suurin osa kasveista suorittaa C3-fotosynteesiä.