Het plantenrijk heeft verschillende strategieën ontwikkeld om te overleven. Sommige zijn zichtbaar, zoals cactusstekels bijvoorbeeld, die niets meer zijn dan gemodificeerde bladeren die het vermogen tot fotosynthese hebben vervangen door het vermogen om het lichaam van deze planten te beschermen. Maar er zijn anderen die dat niet zijn, zoals de zogenaamde C4 planten.
Het zijn planten die over het algemeen in droge of semi-aride gebieden leven, dus zijn geëvolueerd om het verlies van koolstofdioxide (CO2) tijdens fotosynthese te verminderen, omdat dit een essentieel gas is tijdens het proces van het omzetten van de energie van de zon in voedsel voor planten.
Fotosynthesekenmerken van C4-planten
Afbeelding - Wikimedia / Ninghui Shi
Om C4-planten beter te begrijpen, zullen we eerst de fotosynthese uitleggen die we het beste kennen, vooral omdat het degene is die we van school hebben bestudeerd, C3. Is bestaat uit de opname van zonne-energie en koolstofdioxide door de chloroplasten van de cellen gevonden in de groene of fotosynthetische delen van planten, en water uit de wortels, om het via een reeks chemische reacties in voedsel om te zetten.
In het begin verandert deze lichtenergie in chemische energie, namelijk de moleculen NADPH (nicotin adenine dinucleotide fosfaat) en ATP (adenosine trifosfaat, de eerste die het opslaat. Maar later slaan deze moleculen ze synthetiseren koolhydraten als kooldioxide wordt verminderd.
De laatste fase van dit proces is wanneer planten de energie die ze gedurende de dag hebben verzameld gebruiken om koolstof uit koolstofdioxide vast te leggen in de vorm van glucose. Dit maakt deel uit van de Calvincyclus.
Maar fotosynthese in C4-planten is anders. Ze hebben twee soorten chloroplasten:. Sommige bevinden zich naast de geleidende vaten (we zouden kunnen zeggen dat ze het equivalent zijn van de aderen van dieren), en andere die worden gevonden in de cellen van het perifere chlorofylparenchym, die zich dichter bij de randen van de bladeren bevinden. Deze laatste worden ook mesofiele cellen genoemd en zijn cellen met chloroplasten die koolstofdioxide zullen fixeren met behulp van het PEPA-molecuul (fosfo-enolpyrodruivenzuur) en het enzym fosfoenolpyruvaatcarboxylase.
Van deze moleculen oxaalazijnzuur zal worden gegenereerd, dat is samengesteld uit 4 koolstofatomen (daarom staan ze bekend als C4-planten). Dit wordt vervolgens omgezet in appelzuur, en dat is wanneer het naar de chloroplasten gaat die de interne cellen van de geleidende vaten bevatten door de plasmodesmata (dit zijn structuren die de wand heeft die de celkern omringt, het cytoplasma). Daarin komt CO2 vrij en kan de Calvincyclus doorgaan.
Klimaat en planten C4
Planten die in warme en droge gebieden leven, hebben veel meer moeite dan de rest om waterverlies te voorkomen. Maar om te leven moet je ademen, en daarbij is het onvermijdelijk om water te verliezen. Daarom sluiten bij hoge temperaturen de huidmondjes (poriën) van de bladeren, waardoor de zuurstof die tijdens de fotosynthese wordt gegenereerd, de concentratie ervan verhoogt.
In normale situaties, wanneer de hoeveelheid zuurstof en kooldioxide in evenwicht is, kan het enzym dat verantwoordelijk is voor het fixeren van koolstof (RuBisCO) zijn functie probleemloos vervullen. Maar wanneer de concentratie van CO2 lager is dan die van zuurstof, katalyseert dit enzym het laatste gas en niet CO2, dat is wat er gebeurt in C4-fabrieken.
Deze zijn heel bijzonder, want naast twee soorten chloroplasten (zie bovenste gedeelte), ondersteunt het enzym fosfoenolpyruvaatcarboxylase, dat een van de stoffen is die betrokken is bij koolstoffixatie, hoge zuurstofconcentraties.
Wat zijn de voordelen van C4-planten?
Er zijn een aantal belangrijke voordelen die deze planten hebben:
- meestal sneller groeien dan C3-planten.
- Ze maken beter gebruik van koolstof, ofwel om meer wortels en/of meer bladeren te produceren.
- Verlies minder water tijdens fotosynthese (volgens dit artikel, naar schatting verliezen ze 277 watermoleculen voor elk CO2-molecuul, terwijl C3-planten 833 watermoleculen verliezen voor elk CO2 dat ze fixeren).
- Verhoog de glucoseproductie, wat het eindresultaat is van fotosynthese.
- Ze kunnen leven op land waar weinig water is.
Om al deze redenen worden ze steeds interessanter, vooral voor de teelt in droge klimaten.
Wat zijn C4-planten?
Er zijn veel planten die C4-fotosynthese uitvoeren. Bijvoorbeeld, maïs, gras, amarant, suikerriet, sorghum of rogge. Het zijn die met minder dichte weefsels dan die afkomstig zijn uit gematigde klimaten, zoals esdoorns of camelia's.
Daarom kan het erg handig zijn om ze te kennen om te weten wat je moet telen in gebieden waar weinig water beschikbaar is.