Зміст
Фотосинтез - це процес, який використовує воду, вуглекислий газ (СО2) та сонячну енергію для синтезу цукрів. Її здійснюють багато рослин, водоростей та бактерій. У рослин і водоростей фотосинтез відбувається в особливих частинах клітини, званих хлоропластами; розташований у листках і стеблах. У той час як більшість рослин здійснюють так званий фотосинтез С3, рослини, які адаптувались до гарячого середовища, виконують модифіковану форму, відому як фотосинтез С4.
C4 Фотосинтез
У цьому виді фотосинтезу екологічний CO2 вперше включається до 4-вуглецевих кислот у клітинах, відомих як мезофіли. Ці кислоти транспортуються до інших клітин, відомих як клітини оболонки пучка. У цих клітинах реакція зворотна, виділяється СО2 і згодом використовується у звичайному (С3) фотосинтетичному шляху. Включення CO2 у 3-вуглецеві сполуки каталізується ферментом, відомим як Рубіско.
Переваги фотосинтезу С4
У гарячих та сухих середовищах фотосинтез С4 є більш ефективним, ніж фотосинтез С3. Це пов’язано з двома причинами. Перший полягає в тому, що система не зазнає фотодихання, процесу, який суперечить фотосинтезу (див. Нижче). Другий полягає в тому, що рослини можуть тримати довше періоди часу, щоб уникнути втрат води.
Фотореспірація
Це процес, при якому замість додавання СО2 до зростаючого цукру Рубіско додає кисень. У ситуаціях, коли фотосинтез відбувається швидко (при високій температурі, високому рівні світла або обох), існує стільки O2, що ця реакція стає значною проблемою. Рослини С4 вирішують цю проблему, підтримуючи високу концентрацію CO2 у відповідній частині листя (клітини оболонки пучка).
Втрата води
Рослини обмінюються газами, СО2 та O2, з навколишнім середовищем через пори, відомі як продихи. Коли продихи відкриті, СО2 може дифундувати для використання у фотосинтезі та O2, продукт фотосинтезу може дифундувати. Однак, коли продихи відкриті, рослина також втрачає воду через транспірацію, і ця проблема посилюється в жаркому і сухому кліматі. Рослини, які здійснюють фотосинтез С4, можуть утримувати свої ущільнення більше, ніж їх еквіваленти С3, оскільки вони ефективніше включають CO2. Це мінімізує їх втрати води.
Недоліки
Хоча фотосинтез С4 явно вигідний у жаркому та сухому кліматі, це неправда в прохолодних та вологих. Це відбувається тому, що фотосинтез С4 є більш складним: він має більше кроків і вимагає спеціалізованої анатомії. З цієї причини, якщо фотореспірація або втрата води не є суттєвими проблемами, фотосинтез С3 є більш ефективним. Ось чому більшість рослин здійснюють фотосинтез С3.