Fotosyntes är en process som använder vatten, koldioxid (CO2) och solenergi för att syntetisera sockerarter. Det utförs av många växter, alger och bakterier. I växter och alger förekommer fotosyntes i speciella delar av cellen som kallas kloroplaster; belägen i löv och stjälkar. Medan de flesta växter utför det som kallas C3 fotosyntes, växter som har anpassat sig till heta miljöer utför en modifierad form känd som C4 fotosyntes.

C4 fotosyntes

I denna typ av fotosyntes är miljö CO2 första inkorporerad i 4-karboxylsyror i celler som är kända som mesofyller. Dessa syror transporteras till andra celler kända som buntskedjeceller. I dessa celler reverseras reaktionen, CO2 frigörs och används därefter i den normala (C3) fotosyntetiska vägen. Införandet av CO2 i 3-kolföreningar katalyseras av ett enzym som är känt som Rubisco.

Fördelar med C4 fotosyntes

I heta och torra miljöer är C4 fotosyntes effektivare än C3 fotosyntes. Detta beror på två skäl. Den första är att systemet inte genomgår fotorespiration, en process som strider mot fotosyntesen (se nedan). Den andra är att växter kan hålla sina porer stängda längre perioder, så att vattenförlust undviks.

Fotorespiration

Detta är en process där, istället för att lägga till koldioxid till det växande sockret, Rubisco lägger till syre. I situationer där fotosyntes sker snabbt (vid hög temperatur, höga nivåer av ljus eller båda) finns så mycket O2 att denna reaktion blir ett signifikant problem. C4-växter löser detta problem genom att upprätthålla en hög koncentration av CO2 i den relevanta delen av bladet (buntskedjecellerna).

Vattenförlust

Växter byter gaser, CO2 och O2, med deras miljö genom porer som kallas stomata. När stomatan är öppen kan CO2 diffundera för att användas vid fotosyntes och O2 kan en produkt av fotosyntes diffundera ut. När stomatan är öppen förlorar växten också vatten på grund av transpiration, och detta problem förbättras i heta och torra klimat. Växter som utför C4 fotosyntes kan hålla deras stomata stängda mer än deras C3 ekvivalenter eftersom de är mer effektiva vid införlivande CO2. Detta minskar deras vattenförlust.

Nackdelar

Även om C4 fotosyntes är tydligt fördelaktig i heta och torra klimat, är det inte sant i svala och fuktiga. Detta beror på att C4 fotosyntes är mer komplex: den har fler steg och kräver en specialiserad anatomi. Av denna anledning är inte C3 fotosyntes mer effektiv än fotorspiration eller vattenförlust är betydande problem. Därför utför flertalet växter C3 fotosyntes.