Sisu
Fotosüntees on protsess, mille käigus suhkrute sünteesimiseks kasutatakse vett, süsinikdioksiidi (CO2) ja päikeseenergiat. Seda viivad läbi paljud taimed, vetikad ja bakterid. Taimedes ja vetikates toimub fotosüntees raku erilistes osades, mida nimetatakse kloroplastideks; asuvad lehtedes ja vartes. Kui enamus taimi teostavad nn C3 fotosünteesi, siis kuuma keskkonnaga kohanenud taimed viivad läbi modifitseeritud vormi, mida nimetatakse C4 fotosünteesiks.
C4 fotosüntees
Seda tüüpi fotosünteesi korral integreeritakse keskkond süsinikku kõigepealt mesofüllidena tuntud rakkudes 4-süsinikhapetesse. Neid happeid transporditakse teistesse rakkudesse, mida tuntakse kui kimbukesta rakke. Nendes rakkudes toimub reaktsioon vastupidiselt, CO2 vabaneb ja kasutatakse seejärel normaalses (C3) fotosünteesirajas. CO2 liitumist 3-süsinikuühenditega katalüüsib ensüüm nimega Rubisco.
C4 fotosünteesi eelised
Kuumas ja kuivas keskkonnas on C4 fotosüntees tõhusam kui C3 fotosüntees. Selle põhjuseks on kaks põhjust. Esimene on see, et süsteem ei läbi fotoresistentsi - see on protsess, mis on vastuolus fotosünteesiga (vt allpool). Teine on see, et taimed saavad oma poorid pikemaks ajaks kinni hoida, vältides sellega veekaotust.
Fotorespiratsioon
See on protsess, milles kasvavale suhkrule CO2 lisamise asemel lisab Rubisco hapnikku. Olukordades, kus fotosüntees toimub kiiresti (kõrgel temperatuuril, kõrgel valgustasemel või mõlemal), on saadaval O2 nii palju, et see reaktsioon muutub oluliseks probleemiks. C4-taimed lahendavad selle probleemi, säilitades kõrge CO2 kontsentratsiooni lehe asjakohases osas (kimpude kestades).
Veekaotus
Taimed vahetavad gaasid, CO2 ja O2 oma keskkonnaga stomatadena tuntud pooride kaudu. Kui stomaadid on avatud, võib CO2 difundeeruda, et neid kasutada fotosünteesis ja O2, võib fotosünteesi produkt hajuda. Kui stomata on avatud, kaotab taim transpiratsiooni tõttu ka vett ning see probleem suureneb kuumas ja kuivas kliimas. Taimed, mis teostavad C4 fotosünteesi, suudavad hoida oma stomata suletuna rohkem kui nende C3 ekvivalentid, kuna need sisaldavad CO2 tõhusamalt. See minimeerib nende veekadu.
Puudused
Ehkki C4 fotosüntees on soojas ja kuivas kliimas selgelt eelis, ei kehti see jahedas ja niiskes kliimas. Selle põhjuseks on asjaolu, et C4 fotosüntees on keerulisem: sellel on rohkem etappe ja see nõuab spetsiaalset anatoomiat. Sel põhjusel on C3 fotosüntees tõhusam, välja arvatud juhul, kui fotorespiratsioon või veekaotus on olulised probleemid. Seetõttu teostavad enamik taimi C3 fotosünteesi.