A fő különbség a C3 és C4 növények között az, hogy a C3 növények a sötét reakció első stabil termékeként egy három szénatomos vegyületet képeznek, míg a C4 növények négy szénatomos vegyületet képeznek a növény első stabil termékeként. sötét reakció.
A fotoszintézis egy fényvezérelt folyamat, amely a szén-dioxidot és a vizet energiában gazdag cukrokká alakítja növényekben, algákban és cianobaktériumokban. A fotoszintézis fényreakciója során vízmolekulák fotolízise megy végbe. A víz fotolízise során melléktermékként oxigén szabadul fel. A fényreakció után beindul a sötét reakció, amely szén-dioxid megkötésével szénhidrátokat szintetizál. A fényreakcióból származó oxigén azonban kapcsolódhat a sötét reakció fő enzimjéhez, a RuBP oxigenáz-karboxilázhoz (Rubisco), és fotorespirációt végezhet. A fotolégzés olyan folyamat, amely energiát pazarol és csökkenti a szénhidrát szintézist. Ezért a fotorespiráció megelőzése érdekében három különböző mód létezik a sötét reakcióra a növényekben, hogy megakadályozzák az oxigén találkozását a Rubiscóval. Ennélfogva, attól függően, hogy a sötét reakció hogyan megy végbe, háromféle növény létezik; nevezetesen C3 üzemek, C4 üzemek és CAM üzemek.
Mik azok a C3 növények?
A Föld növényeinek körülbelül 95%-a C3-as növény. Ahogy a neve is mutatja, C3 fotoszintetikus mechanizmust hajtanak végre, ami a Calvin-ciklus. Feltételezik, hogy a C3 fotoszintézis közel 3,5 milliárd évvel ezelőtt keletkezett. Ezek a növények többnyire fás és kerek levelű növények. Ezekben a növényekben a szén megkötése a mezofil sejtekben megy végbe, amelyek közvetlenül az epidermisz alatt vannak.
A szén-dioxid a légkörből a sztómákon keresztül jut be a mezofil sejtekbe. Ezután beindul a sötét reakció. Az első reakció a szén-dioxid Ribulóz-biszfoszfáttal történő rögzítése foszfogliceráttá, amely egy három szénatomos vegyület. Valójában ez a C3-as üzemek első stabil terméke. A ribulóz-biszfoszfát-karboxiláz (Rubisco) az az enzim, amely katalizálja ezt a karboxilációs reakciót a növényekben. Hasonlóképpen, a Calvin-ciklus ciklikusan megy végbe, miközben szénhidrátokat termel.
01. ábra: C3 növények
A C4-es növényekhez képest a C3-as növények fotoszintetikus mechanizmusukat tekintve nem hatékonyak. Ennek oka a fotorespiráció előfordulása a C3 növényekben. A fotorespiráció a Rubisco enzim oxigenáz aktivitása miatt következik be. A Rubisco oxigenizálása a karboxilezéssel ellentétes irányban működik, hatékonyan megszünteti a fotoszintézist azáltal, hogy nagy mennyiségű, a Calvin-ciklus által eredetileg rögzített szenet veszít el jelentős költséggel, és szén-dioxid-vesztést eredményez a szén-dioxidot rögzítő sejtekből. Hasonlóképpen, az oxigénnel és a szén-dioxiddal való kölcsönhatás ugyanazon a helyen történik a Rubisco-n. Ezek a versengő reakciók általában 3:1 (szén: oxigén) arányban futnak le. Így egyértelmű, hogy a fotolégzés fénystimulált folyamat, amely oxigént fogyaszt és szén-dioxidot fejleszt.
Mik azok a C4 növények?
A C4 növények száraz és magas hőmérsékletű területeken vannak jelen. A növényfajok körülbelül 1%-a rendelkezik C4-es biokémiával. Néhány példa a C4 növényekre a kukorica és a cukornád. Ahogy a neve is mutatja, ezek a növények a C4 fotoszintetikus mechanizmust hajtják végre. Feltételezik, hogy a C4 fotoszintézis közel 12 millió évvel ezelőtt keletkezett; jóval a C3 mechanizmus kialakulása után. A C4-es erőművek most jobban alkalmazkodhatnak, mivel a jelenlegi szén-dioxid-szint sokkal alacsonyabb, mint 100 millió évvel ezelőtt.
A C4-es üzemek sokkal hatékonyabban kötik le a szén-dioxidot. Ezenkívül a C4 fotoszintézis mind az egyszikű, mind a kétszikű fajokban megtalálható. A C3 növényekkel ellentétben a fotoszintézis során keletkező első stabil termék az oxálecetsav, amely egy négy szénatomos vegyület. A legfontosabb, hogy ezeknek a növényeknek a levelei egy speciális anatómiát mutatnak, amelyet „Kranz anatómiának” neveznek. A vaszkuláris kötegek körül kloroplasztiszokat tartalmazó kötegburok sejtjei vannak, amelyek alapján a C4 növények azonosíthatók.
02. ábra: C4 növények
Ebben a folyamatban a szén-dioxid megkötés kétszer történik. A mezofil sejt citoplazmájában a CO2 először foszfoenolpiruváttal (PEP) kötődik meg, amely elsődleges akceptorként működik. A reakciót a PEP karboxiláz enzim katalizálja. Ezután a PEP maláttá, majd piruváttá alakul, felszabadító CO2 És ez a CO2ismét másodszor is kijavítja a Ribulose-biszfoszfátot, és 2-t képez. foszfoglicerát a Calvin-ciklus végrehajtásához.
Mi a hasonlóság a C3 és C4 növények között?
- Mind a C3, mind a C4 üzem megköti a szén-dioxidot és szénhidrátot termel.
- Sötét reakciót hajtanak végre.
- Ezenkívül mindkét növénytípus ugyanazt a fényreakciót hajtja végre.
- Továbbá kloroplasztiszokkal rendelkeznek a fotoszintézishez.
- A fotoszintetikus egyenletük hasonló.
- Sőt, a RuBP mindkét növénytípus sötét reakciójában vesz részt.
- Mindkét növény foszfoglicerátot termel.
Mi a különbség a C3 és C4 növények között?
A C3 növények foszfoglicerinsavat állítanak elő a sötét reakció első stabil termékeként. Ez egy három szénatomos vegyület. Másrészt a C4 növények a sötét reakció első stabil termékeként oxálecetsavat termelnek. Ez egy négy szénatomos vegyület. Ezért ez a legfontosabb különbség a C3 és C4 üzemek között.
Továbbá a C3 növények fotoszintetikus hatékonysága kisebb, mint a C4 növények fotoszintetikus hatékonysága. Ennek oka a C3 növényeknél tapasztalható fotorespiráció, amely a C4 növényekben elhanyagolható. Így ez egy másik különbség a C3 és C4 növények között. Ha figyelembe vesszük a szerkezeti különbségeket, a C3 növényekben nincs kétféle kloroplasztisz és Kranz anatómiája a levelekben. Másrészt a C4 növényekben kétféle kloroplaszt van, és leveleikben Kranz anatómiát mutatnak. Ezért ez is különbség a C3 és C4 üzemek között.
További különbség a C3-as és C4-es üzemek között, hogy a C3-as üzemek csak egyszer, míg a C4-es üzemek kétszer kötik meg a szén-dioxidot. Ennek köszönhetően a C3-as növényekben kisebb a C-asszimiláció, míg a C4-es növényekben magas a C-asszimiláció. Nem csak a C4 növények képesek fotoszintézist végrehajtani zárt sztómák mellett, nagyon magas fénykoncentráció mellett alacsony CO2 koncentráció mellett. A C3 növények azonban nem képesek fotoszintézist végrehajtani, ha a sztómák zárva vannak, nagyon magas fénykoncentráció és alacsony CO2 koncentráció mellett. Ezért ez is jelentős különbség a C3 és C4 növények között. Ezenkívül a C3 és C4 növények különböznek az első szén-dioxid akceptortól. A RuBP a CO2 akceptor a C3 üzemekben, míg a PEP az első CO2 akceptor a C4 üzemekben.
Összefoglaló – C3 vs C4 Plants
A C3 és C4 kétféle növény. A C3 növények nagyon gyakoriak, míg a C4 növények nagyon ritkák. A C3 és C4 növények közötti kulcsfontosságú különbség az első szénterméktől függ, amelyet a sötét reakció során termelnek. A C3-as üzemek a Calvin-ciklust hajtják végre, és első stabil termékként három szénatomos vegyületet állítanak elő, míg a C4-es üzemek C4-es mechanizmust hajtanak végre, és első stabil termékként négy szénatomos vegyületet állítanak elő. Ezenkívül a C3 növények fotoszintetikus hatékonysága kisebb, míg a C4 növények magas fotoszintetikus hatékonyságot mutatnak. Ráadásul a C3 növények levelei nem rendelkeznek Kranz-anatómiával, és nincs kétféle kloroplasztjuk sem. Másrészt a C4 növények levelei Kranz anatómiával rendelkeznek, és kétféle kloroplasztisz is van bennük. Így ez a C3 és C4 üzemek összefoglalása.
