Fotosynthese is een proces waarbij water, koolstofdioxide (CO2) en zonne-energie worden gebruikt om suikers te synthetiseren. Het wordt uitgevoerd door veel planten, algen en bacteriën. In planten en algen vindt fotosynthese plaats in speciale delen van de cel die chloroplasten worden genoemd; gelegen in de bladeren en stelen. Terwijl de meeste planten de zogenaamde C3-fotosynthese uitvoeren, voeren planten die zich hebben aangepast aan warme omgevingen een gewijzigde vorm uit, bekend als C4-fotosynthese.

C4 Fotosynthese

In dit soort fotosynthese wordt CO2 in het milieu als eerste opgenomen in 4-koolstofzuren in cellen die bekend staan ​​als mesofyllen. Deze zuren worden getransporteerd naar andere cellen die bekend staan ​​als bundelschedecellen. In deze cellen wordt de reactie omgekeerd, CO2 wordt vrijgegeven en vervolgens in de normale (C3) fotosynthetische route gebruikt. De opname van CO2 in 3-koolstofverbindingen wordt gekatalyseerd door een enzym dat bekend staat als Rubisco.

Voordelen van C4 Fotosynthese

C4-fotosynthese is in warme en droge omgevingen efficiënter dan C3-fotosynthese. Dit is te wijten aan twee redenen. De eerste is dat het systeem geen fotorespiratie ondergaat, een proces dat in strijd is met fotosynthese (zie hieronder). De tweede is dat planten hun poriën langer kunnen sluiten, waardoor waterverlies wordt voorkomen.

Photorespiratie

Dit is een proces waarbij, in plaats van CO2 aan de groeiende suiker toe te voegen, Rubisco voegt zuurstof toe. In situaties waarin de fotosynthese snel plaatsvindt (bij hoge temperatuur, hoge lichtniveaus of beide), is er zoveel O2 beschikbaar dat deze reactie een groot probleem wordt. C4-fabrieken lossen dit probleem op door een hoge concentratie CO2 in het relevante deel van het blad (de bundelschedecellen) te behouden.

Waterverlies

Planten wisselen gassen, CO2 en O2 uit, met hun omgeving door poriën bekend als huidmondjes. Wanneer de huidmondjes open zijn, kan CO2 diffunderen om te worden gebruikt voor fotosynthese en O2, een product van fotosynthese kan diffuus worden. Wanneer de huidmondjes echter open zijn, verliest de plant ook water als gevolg van transpiratie en dit probleem wordt versterkt in warme en droge klimaten. Planten die C4-fotosynthese uitvoeren, kunnen hun huidmondjes meer gesloten houden dan hun C3-equivalenten, omdat ze efficiënter zijn bij het opnemen van CO2. Dit minimaliseert hun waterverlies.

Nadelen

Hoewel C4-fotosynthese duidelijk voordelen biedt in warme en droge klimaten, geldt dit niet voor koele en vochtige klimaten. Dit komt omdat C4-fotosynthese complexer is: het heeft meer stappen en vereist een gespecialiseerde anatomie. Om deze reden is, tenzij fotorespiratie of waterverlies significante problemen zijn, C3-fotosynthese effectiever. Dit is de reden waarom de meeste planten C3-fotosynthese uitvoeren.