معرفی گیاهان C4

برای معرفی گیاهان گروه C4 باید به بعضی از چمن‌های C4 که به عنوان علف‌های فصل گرم نیز شناخته می‌شوند، مانند ذرت، سورگوم، گیاه پنجه کلاغی، نیشکر، چمن برمودا و چوب پنبه اشاره کرد. این گیاهان دارای روبیسکو در یک نوع از سلول‌های خود هستند و مکانیسم انتقال دی اکسید کربن به سلولی متفاوت دارند که منافذ بین سلولی به نام «پلاسمودسماتا» (Plasmodesmata) در آن‌ها وجود دارد و دو سلول را به هم متصل می‌کنند. بنابراین آنچه اتفاق می‌افتد، این است که گیاه می‌تواند دی اکسید کربن خود را در محل روبیسکو متمرکز کند و از مهار اکسیژن ناشی از مکانیسم C3 جلوگیری کند.
 

پلاسمودسماتا و انواع مسیرهای عبور ترکیبات مختلف در طول سلول‌ها؛ آپوپلاستیک مسیری است که ترکیبات از دیوراه سلولی عبور می‌کنند و مسیر سیمپلاستیک مسیری است که ترکیبات از سیتوپلاسم و از طریق پلاسمودسماتا انتقال می‌یابند.

این گیاهان از تابش نور خورشید زیادی برخوردار نیستند. علاوه بر این، تخصصی بودن سلول‌ها باعث می‌شود تقریباً 40٪ از مصرف آب گیاه در هر واحد وزن دی اکسید کربن احیا شده، کاهش یابد. این بدان معنی است که این مسیر از انواع فتوسنتز به طور متوسط 40٪ در مصرف آب کارآیی بیشتری نسبت به مسیر C3 دارد، در این میزان همیشه بین گونه‌ها تنوع وجود دارد.

گیاهان C4 همچنین می‌توانند برای جلوگیری از هدر رفتن آب، بخشی از روزنه‌های خود را ببندند و به دلیل اینکه دی اکسید کربن را در یک منطقه دیگر متمرکز می‌کنند، اکسیژن نمی‌تواند آنزیم روبیسکو را مهار کند. این یکی از مهم‌ترین دلایلی است که این گیاهان می‌توانند در فصول گرم سال به فتوسنتز و تثبیت کربن ادامه دهند. این امر در واقع امکان رشد گیاه در ماه‌های فصل تابستان را فراهم می‌کند.

در گیاهان C4 واکنش‌های وابسته به نور و چرخه کالوین به صورت فیزیکی از هم جدا می‌شوند، به طوری که واکنش‌های وابسته به نور فتوسنتز در سلول‌های مزوفیل (بافت اسفنجی در میانه برگ) یا سلول میانبرگ و چرخه کالوین در سلول‌های ویژه‌ای که در اطراف رگبرگ‌ها قرار گرفته‌اند، انجام می‌گیرند.
 

 

برای این که ببینیم چگونه این جدایی مکانی به گیاه کمک می‌کند، یک مثال از فتوسنتز گیاهان C4 را مطرح می‌کنیم. در ابتدا، دی اکسید کربن اتمسفری در سلول‌های مزوفیل یک اسید ۴ کربنی آلی ساده را می‌سازد. این مرحله با آنزیمی غیر از روبیسکو انجام می‌گیرد، در واقع آنزیمی که این مرحله را کاتالیز می‌کند، فسفوانول پیروات کربوکسیلاز نام دارد که هیچ گونه تمایلی به اتصال با اکسیژن ندارد.