La fotosintesi è un processo che utilizza acqua, anidride carbonica (CO2) e energia solare per sintetizzare gli zuccheri. Viene effettuato da molte piante, alghe e batteri. Nelle piante e nelle alghe, la fotosintesi si verifica in parti speciali della cellula chiamate cloroplasti; situato nelle foglie e steli. Mentre la maggior parte delle piante esegue la cosiddetta fotosintesi C3, le piante che si sono adattate agli ambienti caldi hanno una forma modificata nota come fotosintesi C4.

In questo tipo di fotosintesi la CO2 ambientale è la prima incorporato in acidi 4-carbonio in cellule note come mesofille. Questi acidi vengono trasportati ad altre cellule note come cellule guaine a fascio. In queste cellule, la reazione viene invertita, la CO2 viene rilasciata e successivamente utilizzata nel normale percorso fotosintetico (C3). L'incorporazione di CO2 in composti a 3-carbonio è catalizzata da un enzima noto come Rubisco.

Vantaggi della fotosintesi C4

In ambienti caldi e secchi la fotosintesi C4 è più efficiente della fotosintesi C3. Questo è dovuto a due motivi. Il primo è che il sistema non subisce fotorespirazione, un processo che va contro la fotosintesi (vedi sotto). Il secondo è che le piante possono mantenere i loro pori chiusi per periodi di tempo più lunghi, evitando così la perdita di acqua.

Fotorespirazione

Questo è un processo in cui, invece di aggiungere CO2 allo zucchero in crescita, Rubisco aggiunge ossigeno. Nelle situazioni in cui la fotosintesi si sta svolgendo velocemente (a temperature elevate, livelli elevati di luce o entrambi), c'è così tanta O2 disponibile che questa reazione diventa un problema significativo. Le piante C4 risolvono questo problema mantenendo un'alta concentrazione di CO2 nella porzione pertinente della foglia (le cellule della guaina del fascio).

Perdita d'acqua

Le piante scambiano gas, CO2 e O2, con le loro ambiente attraverso pori noti come stomi. Quando gli stomi sono aperti, la CO2 può diffondersi per essere utilizzata nella fotosintesi e nell'O2, un prodotto della fotosintesi può diffondersi. Tuttavia, quando gli stomi sono aperti, la pianta perde anche acqua a causa della traspirazione e questo problema è migliorato nei climi caldi e secchi. Le piante che eseguono la fotosintesi C4 possono mantenere i loro stomi chiusi più dei loro equivalenti C3 perché sono più efficienti nell'incorporazione di CO2. Ciò minimizza la loro perdita d'acqua.

Svantaggi

Sebbene la fotosintesi C4 sia chiaramente vantaggiosa nei climi caldi e secchi, questo non è vero in quelli freschi e umidi. Questo perché la fotosintesi C4 è più complessa: ha più passaggi e richiede un'anatomia specializzata. Per questo motivo, a meno che la fotorespirazione o la perdita d'acqua non siano problemi significativi, la fotosintesi C3 è più efficace. Questo è il motivo per cui la maggior parte delle piante esegue la fotosintesi C3.