Fotosinteza je proces kojim biljke pretvaraju svetlosnu energiju u hemijsku. Tokom ovog procesa energija fotona se koristi za pretvaranje vode, ugljen-dioksida i minerala u kiseonik i organske molekule bogate energijom.
Na hemijskom nivou fotozinteza koristi svetlosnu energiju za oksidaciju vode, pri čemu se dobija kiseonik, joni vodonika i elektron kojim se vrši redukcija ugljen-dioksid u ugljene hidrate:
2n CO2 + 2n H2O + fotoni→ 2(CH2O)n + 2n O2
Tako bi proizvodnja šećera glukoze fotosintezom mogla da se predstavi:
6 CO2 + 6 H2O + fotoni→ C6H12O6 + 6 O2
Ceo proces fotosinteze je mnogo komplikovaniji od ove pojednostavljene formule i sastoji se iz mnogo faza i koraka.
Biljke su razvile 3 tipa fotosinteze: C3, C4 i CAM.
C3 je najzastupljeniji oblik fotosinteze prisutan kod velike većine biljaka. U pojedinim aspektima nije previše efikasan i ima nekoliko nedostataka.
RuBisCO je enzim/protein kojim se vezuje ugljen-dioksid iz vazduha i dalje pretvara u ugljene hidrate. Biljka tokom fotosinteze otvara stome da bi uzela ugljen-dioksid iz vazduha i vezala ga za rubisco. Tokom toplih dana, biljka otvaranjem stoma gubi dosta vode, što može biti stres za biljku.
Kada je fotosinteza intenzivna, tokom sučanog dana, koncentracija ugljen-dioksida u hloroplastima opada, a kiseonika nastalog fotosintezom raste. Biljka u uslovima toplog vremena ne otvara stome da bi sprečile veliki gubitak vode, ali zbog toga ne može da koriguje koncentraciju CO2 i O2. Rubisco tada veže kiseonik u procesu koji se naziva fotorespiracija, pri čemu se troši energija i proizvodi ugljen-dioksid. To smanjuje konačnu efikasnost fotosinteze u uslovima visokih temperatura i do 25%. Optimalna temperatura na kojoj je fotosinteza najefikasnija za C3 biljke je 25°C, pošto na višim temperaturama rubisco više vezuje kiseonik.
C4 fotosinteza rešava problem fotorespiracije i inhibiranja fotosinteze tako što ugljen-dioksid vezuje u posebnim ćelijama, odakle rubisco po potrebi prenosi ugljen-dioksid u
hloroplaste. Ovaj oblik fotosinteze je efikasnije u pogledu potrošnje vode, za 40% je manja potrošnja vode po količini vezanog ugljen-dioksida. Biljke toplog pojasa, poput kukuruza, sirka i šećerne trske su C4 biljke. Optimalna temperatura na kojoj je fotosinteza najefikasnija za C4 biljke je 35°C.
CAM (crassulacean acid metabolism) je dobio ime po krasulama jer je kod njih prvo otkriven, ali karakterističan je i za druge biljke koje rastu u pustinjskim uslovima. Ove biljke stome otvaraju samo noću, kad je vazduh hladniji i vlažniji. Ugljen-dioksid se tokom noći vezuje u obliku jabučne kiseline - malata i čuva izolovan u vakuolama. Danju se malat razlaže i oslobađa potrebni ugljen-dioksid. CAM odlikuje 83% manja potrošnja vode.
S obzirom da postoje noćna i dnevna faza fotosinteze, optimalna noćna temperatura za ove biljke je oko 15-25°C, dok dnevna temperatura ide >40°C.
Što se tiče proizvodnje biljne mase, ovo je podjednako efikasan oblik fotosinteze, samo su uslovi u kojima žive ove biljke ograničavajući faktor. Iako kaktusi kao CAM biljke imaju jako mali prinos biljne mase, agave su primer visoke efikasnosti ovog oblika fotosinteze.
CAM je omogućio biljkama da izbegnu transpiraciju - gubljenje vode, a da ipak obavljaju fotosintezu. pH vrednost tkiva ovih biljaka može da se razlikuje i do 2 jedinice na početku dana i uveče. CAM biljkama je potrebno nešto više svetlosti za vezivanje ugljen-dioksida.
Procenat biljaka po tipovima fotosinteze se razlikuje od izvora do izvora, ali neke približne cifre bi bile C3 - 85%, C4 - 5% i CAM - 10%.
Izvori:
