Name: Leopold Bott
Bearbeitung: 2013-06
Vergleich mit C3-Pflanzen:
Das erste stabile Produkt der CO2-Fixierung ist in der Regel bei normalen Pflanzen 3-Phosphoglycerat. Dieses Produkt enthält drei Kohlenstoffatome. Alle Pflanzen, die diesen Weg der CO2-Fixierung gehen, werden auch C3-Pflanzen genannt. Das Problem dieser Pflanzen ist es, dass bei hoher Lufttemperatur durch die nötige Öffnung der Stomata Wasser verloren geht. Wenn sie sich jedoch dazu entscheiden diese Stomata zu schließen, stoßen die C3-Pflanzen auf ihr nächstes Problem: Sie können kein notwendiges CO2 aufnehmen und keinen Sauerstoff abgeben. Der überschüssige Sauerstoff lagert sich bei einer hohen Konzentration an die CO2-Bindungsstellen und verursacht so durch eine Fotooxidation eine Verminderung der Fotosyntheseleistung. Es kann trotz oft optimaler Lichtverhältnisse keine Nettofotosynthese stattfinden.
C4-Pflanzen:
C4-Pflanzen wie Mais oder Hirse können CO2 besser und vor allem effektiver binden als C3-Pflanzen. Dabei dient ihnen der Kohlenstoffdioxid-Akzeptor PEP. Das CO2 wird durch das Enzym PEP-Carboxylase an diesen Akzeptor katalysiert. Dieser Vorgang ist ebenfalls bei sehr geringer Kohlenstoffdioxid-Konzentration möglich, da dieses Enzym selbst bei geringer CO2-Konzentration hochaktiv ist.
Dieser Vorgang führt zu einer Bildung von Oxalacetat, welches dann zu Malat reduziert wird. Der Name der C4-Pflanze stammt von den vier Kohlenstoff-Atomen in beiden Verbindungen. In den Blättern der Pflanze befinden sich zwei verschiedene fotosynthetisch aktive Zellen. Zum einen die Mesophyllzelle, welche das CO2 durch PEP fixieren, und die Bündelscheidenzellen, welche die Leitbündel umgeben und das von den Mesophyllzellen gebildete Malat erhalten. In den Chloroplasten der Bündelscheidenzellen befinden sich die Enzyme des Calvin-Zyklus, welche das CO2 aus dem Malat freisetzen und durch RubisCO an Ribulose-1,5-bisphosphat anlagern. Das PEP muss im Anschluss, unter Verbrauch von ATP, regeneriert werden. Der hohe ATP-Verbrauch bildet für die Pflanze keinen großen Energieverlust, da dies durch hohe Lichtintensität ausgeglichen werden kann.
Effizienz der C4-Pflanze:
Die große Effizienz der C4-Pflanzen macht sich dadurch deutlich, dass sie noch bei einem CO2-Gehalt der Luft von 0,0001% gedeihen können, während C3-Pflanzen nur bei einem wesentlich höheren Wert von 0,005% gut gedeihen.
Ebenfalls zeigen die besonderen C4-Pflanzen ein ökonomischeres Wirtschaften in Bezug auf Wasser, da sie zur Produktion von 1g Trockenmasse lediglich 230-250ml Wasser benötigen, während es bei der C3-Pflanze zwei bis drei mal so viel ist.