Різниця між рослинами С3 і С4

The ключова різниця між рослинами С3 і С4 це те, що рослини С3 утворюють тривуглецеву сполуку як перший стабільний продукт темної реакції, тоді як рослини С4 утворюють чотиривуглецеву сполуку як перший стабільний продукт темної реакції.

Фотосинтез - це світловий процес, який перетворює вуглекислий газ і воду в багаті енергією цукру в рослинах, водоростях і ціанобактеріях. Під час світлової реакції фотосинтезу відбувається фотоліз молекул води. В результаті фотолізу води кисень вивільняється як побічний продукт. Після реакції світла починається темна реакція, і вона синтезує вуглеводи, фіксуючи вуглекислий газ. Однак кисень, що утворюється в результаті світлової реакції, може зв'язуватися з основним ферментом темної реакції, який є RuBP оксигеназо-карбоксилазою (Rubisco), і здійснювати фотодихання. Фотоспірація - це процес, який витрачає енергію і зменшує синтез вуглеводів. Тому, для запобігання фотодихання, існує три різні способи, коли в рослинах відбувається темна реакція, щоб запобігти зустрічі кисню з Рубіско. Отже, залежно від того, як відбувається темна реакція, є 3 типи рослин; а саме: рослини С3, рослини С4 та рослини САМ.

ЗМІСТ

1. Огляд та ключові відмінності
2. Що таке рослини С3
3. Що таке рослини С4
4. Подібність між рослинами С3 та С4
5. Бічне порівняння - рослини С3 проти С4 у табличній формі
6. Підсумок

Що таке рослини С3?

Близько 95% рослин на землі - це рослини С3. Як видно з назви, вони здійснюють фотосинтетичний механізм С3, що є циклом Кальвіна. Фотосинтез С3, як вважається, виник майже 3,5 мільярда років тому. Ці рослини - це переважно деревні та круглі листові рослини. У цих рослин фіксація вуглецю відбувається в клітинах мезофілу, що знаходиться безпосередньо під епідермісом.

Вуглекислий газ потрапляє з атмосфери в клітини мезофілу через продихи. Потім починається темна реакція. Перша реакція - фіксація вуглекислого газу з рибулозою бісфосфатом у фосфогліцерат, який є тривуглецевим з'єднанням. Насправді це перший стабільний продукт рослин C3. Рибулоза бісфосфат карбоксилаза (Рубіско) - це фермент, який каталізує цю реакцію карбоксилювання в рослинах. Так само цикл Кальвіна відбувається циклічно при виробництві вуглеводів.

Малюнок 01: Рослини С3

Порівняно з рослинами С4, рослини С3 неефективні щодо свого фотосинтетичного механізму. Саме через виникнення фотореспірації у рослин С3. Фотореспірація виникає через оксигеназну активність ферменту Рубіско. Оксигенація Рубіско працює у зворотному напрямку до карбоксилювання, ефективно скасовує фотосинтез, витрачаючи великі кількості вуглецю, спочатку закріпленого циклом Кальвіна, і призводить до втрати вуглекислого газу з клітин, які фіксують вуглекислий газ. Так само взаємодія з киснем і вуглекислим газом відбувається в тому ж місці на Рубіско. Ці конкуруючі реакції зазвичай протікають у співвідношенні 3: 1 (вуглець: кисень). Таким чином, зрозуміло, що фотодихання є процесом, стимульованим світлом, який споживає кисень і виділяє вуглекислий газ.

Що таке рослини С4?

Рослини С4 присутні у сухих та високих температурах. Приблизно 1% видів рослин має біохімію С4. Деякі приклади рослин С4 - кукурудза та цукровий очерет. Як видно з назви, ці рослини здійснюють фотосинтетичний механізм С4. Вважається, що фотосинтез С4 виник майже 12 мільйонів років тому; довго після еволюції механізму С3. Рослини С4 можуть бути тепер краще адаптовані, оскільки нинішній рівень вуглекислого газу значно нижчий, ніж 100 мільйонів років тому.

Рослини С4 набагато ефективніші при захопленні вуглекислого газу. Крім того, фотосинтез С4 зустрічається як у монокотових, так і у дикових видах. На відміну від рослин С3, першим стабільним продуктом, що утворюється при фотосинтезі, є оксалоцтова кислота, яка є чотиривуглецевою сполукою. Найголовніше, що листя цих рослин демонструє особливий тип анатомії під назвою "Анатомія Кранца". Навколо судинних пучків існує коло пучкових клітин оболонок із хлоропластами, за допомогою яких можна ідентифікувати рослини С4.

Малюнок 02: Рослини С4

На цьому шляху фіксація вуглекислого газу відбувається двічі. У цитоплазмі клітин мезофілу, СО₂ спочатку фіксується фосфоенолпіруватом (ПЕП), який виконує роль первинного акцептора. Реакція каталізується ферментом PEP карбоксилази. Потім PEP перетворюється в малат, а потім у піруват, що вивільняє СО₂. І, це СО₂знову фіксує вдруге за допомогою бісфосфату Рибулози, щоб утворити 2 фосфогліцерат для здійснення циклу Кальвіна.

Які подібності між рослинами С3 та С4?

Як рослини С3, так і С4 фіксують вуглекислий газ і виробляють вуглеводи.
Вони проводять темну реакцію.
Також обидва типи рослин проводять однакову світлову реакцію.
Крім того, у них є хлоропласти для проведення фотосинтезу.
Їх фотосинтетичне рівняння схоже.
Більше того, RuBP бере участь у темній реакції обох типів рослин.
Обидві рослини виробляють фосфогліцерат.

Яка різниця між рослинами С3 та С4?

Рослини С3 виробляють фосфогліцеринову кислоту як перший стабільний продукт темної реакції. Це тривуглецеві сполуки. З іншого боку, рослини С4 виробляють оксало-оцтову кислоту як перший стабільний продукт темної реакції. Це чотиривуглецеве з'єднання. Тому це ключова відмінність між рослинами С3 та С4.

Крім того, фотосинтетична ефективність рослин С3 менша, ніж фотосинтетична ефективність рослин С4. Це пов'язано з фотодихання, яке спостерігається у рослин С3, що у рослин С4 незначно. Таким чином, це ще одна відмінність між рослинами С3 і С4. Розглядаючи структурні відмінності, рослини С3 не мають двох типів хлоропластів та анатомії Кранца в листках. З іншого боку, рослини С4 мають два типи хлоропластів, і вони демонструють анатомію Кранца в листі. Отже, це також різниця між рослинами С3 і С4.

Більше того, подальша відмінність між рослинами С3 і С4 полягає в тому, що рослини С3 фіксують вуглекислий газ лише один раз, тоді як рослини С4 фіксують вуглекислий газ двічі. У зв'язку з цим фактом асиміляція С є меншою у рослин С3, тоді як асиміляція С висока у рослин С4. Мало того, що рослини С4 можуть здійснювати фотосинтез, коли продихи закриті і при дуже високих світлових концентраціях і низьких СО₂концентрації. Однак рослини С3 не в змозі здійснити фотосинтез, коли продихи закриті і при дуже високих світлових концентраціях і низьких СО₂концентрації. Тому це також суттєва різниця між рослинами С3 та С4. Крім того, рослини С3 і рослини С4 відрізняються від першого акцептора вуглекислого газу. RuBP - CO₂ акцептор в C3 рослинах, а PEP - перший CO₂ акцептор у рослинах С4.

Підсумок - C3 проти C4 рослини

С3 і С4 - це два види рослин. Рослини С3 дуже поширені, тоді як рослини С4 - дуже рідкісні. Ключова різниця між рослинами С3 і С4 залежить від першого продукту вуглецю, який вони виробляють під час темної реакції. Заводи С3 проводять цикл Кальвіна і виробляють три вуглецеву сполуку як перший стабільний продукт, тоді як установки С4 використовують механізм С4 і виробляють чотири вуглецеві сполуки як перший стабільний продукт. Крім того, рослини С3 демонструють меншу ефективність фотосинтезу, а рослини С4 - високу фотосинтетичну ефективність. Більше того, рослини С3 не мають анатомії Кранза в листі, а також не мають двох типів хлоропластів. З іншого боку, рослини С4 мають у своєму листі анатомію Кранца, а також мають два типи хлоропластів. Таким чином, це підсумок рослин C3 та C4.

Довідка:

1. Szczepanik та ін. "Про механізм проміжного обміну фотосинтезу C 4 між мезофілом Кранца та клітинами пучка в травах". OUP Academic, Oxford University Press, 28 березня 2008. Доступно тут
2. Study.com, Study.com. Доступний тут

Надано зображення:

1. "Спрощена схема фотоздихання" Рейчел Пурдон - власна робота, (CC BY-SA 3.0) через Wikimedia Commons
2. "HatchSlackpathway2" автор Аденозин (розмова) - HatchSlackpathway.svg, (CC BY-SA 2.5) через Wikimedia Commons

Наука та природа