المحتوى
التمثيل الضوئي هو عملية تستخدم الماء وثاني أكسيد الكربون (CO2) والطاقة الشمسية لتجميع السكريات. يتم تنفيذها من قبل العديد من النباتات والطحالب والبكتيريا. في النباتات والطحالب ، يحدث التمثيل الضوئي في أجزاء خاصة من الخلية تسمى البلاستيدات الخضراء. تقع في الأوراق والسيقان. في حين أن معظم النباتات تؤدي ما يعرف باسم التمثيل الضوئي C3 ، فإن النباتات التي تكيفت مع البيئات الحارة تؤدي شكلاً معدلاً يعرف باسم التمثيل الضوئي C4.
C4 التمثيل الضوئي
في هذا النوع من التمثيل الضوئي ، يتم دمج ثاني أكسيد الكربون البيئي أولاً في أحماض كربونية 4 في الخلايا المعروفة باسم mesophylls. يتم نقل هذه الأحماض إلى خلايا أخرى تعرف باسم خلايا غمد الحزمة. في هذه الخلايا ، يتم عكس التفاعل ، ويتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون واستخدامه لاحقًا في المسار الضوئي العادي (C3). يتم تحفيز دمج ثاني أكسيد الكربون في مركبات ثلاثية الكربون بواسطة إنزيم يعرف باسم روبيسكو.
مزايا البناء الضوئي C4
في البيئات الحارة والجافة ، يكون التمثيل الضوئي C4 أكثر كفاءة من التمثيل الضوئي C3. هذا ينتمى الى سببين. الأول هو أن النظام لا يخضع لعملية التنفس الضوئي ، وهي عملية تتعارض مع التمثيل الضوئي (انظر أدناه). والثاني هو أن النباتات يمكن أن تبقي مسامها مغلقة لفترات أطول من الوقت ، وبالتالي تجنب فقدان الماء.
تنفس ضوئي الإحداث
هذه هي العملية التي يضيف فيها الأكسجين بدلاً من إضافة ثاني أكسيد الكربون إلى السكر المتنامي. في الحالات التي تتم فيها عملية التمثيل الضوئي بسرعة (في درجات حرارة عالية أو مستويات عالية من الضوء أو كليهما) ، يوجد الكثير من O2 بحيث يصبح هذا التفاعل مشكلة كبيرة. تحل مصانع C4 هذه المشكلة عن طريق الحفاظ على تركيز عالٍ من ثاني أكسيد الكربون في الجزء ذي الصلة من الورقة (خلايا غلاف الحزمة).
خسارة الماء
تقوم النباتات بتبادل الغازات ، CO2 و O2 ، مع بيئتها من خلال المسام المعروفة باسم الثغور. عندما تكون الثغرة مفتوحة ، يمكن أن ينتشر ثاني أكسيد الكربون لاستخدامه في عملية التمثيل الضوئي و O2 ، ويمكن أن ينتشر منتج التمثيل الضوئي. ومع ذلك ، عند فتح الثغور ، يفقد النبات أيضًا الماء بسبب النتح ، ويتم تعزيز هذه المشكلة في المناخات الحارة والجافة. يمكن للنباتات التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي C4 أن تبقي أغلقتها مغلقة أكثر من نظيراتها في C3 لأنها أكثر كفاءة في دمج ثاني أكسيد الكربون. هذا يقلل من فقدان المياه الخاصة بهم.
سلبيات
على الرغم من أن التمثيل الضوئي C4 مفيد بشكل واضح في المناخات الحارة والجافة ، فإن هذا ليس صحيحًا في الأجواء الباردة والرطبة. هذا لأن التركيب الضوئي C4 أكثر تعقيدًا: يحتوي على مزيد من الخطوات ويتطلب تشريحًا متخصصًا. لهذا السبب ، ما لم يكن التنفس الضوئي أو فقدان الماء من القضايا الهامة ، يكون التمثيل الضوئي C3 أكثر فعالية. هذا هو السبب في أن غالبية النباتات تؤدي عملية التمثيل الضوئي C3.