Różnica między roślinami C3 i C4

The kluczowa różnica jest to między roślinami C3 i C4 rośliny C3 tworzą trójwęglowy związek jako pierwszy stabilny produkt ciemnej reakcji, podczas gdy rośliny C4 tworzą czterowęglowy związek jako pierwszy stabilny produkt ciemnej reakcji.

Fotosynteza jest procesem napędzanym światłem, który przekształca dwutlenek węgla i wodę w bogate w energię cukry w roślinach, algach i sinicach. Podczas lekkiej reakcji fotosyntezy dochodzi do fotolizy cząsteczek wody. W wyniku fotolizy wody tlen uwalnia się jako produkt uboczny. Po lekkiej reakcji rozpoczyna się ciemna reakcja, która syntetyzuje węglowodany poprzez wiązanie dwutlenku węgla. Jednak tlen wytworzony w wyniku reakcji światła może wiązać się z głównym enzymem reakcji ciemnej, którym jest oksydaza karboksylazy RuBP (Rubisco) i przeprowadzać fotooddychanie. Fotooddychanie to proces, który marnuje energię i zmniejsza syntezę węglowodanów. Dlatego, aby zapobiec fotooddychaniu, istnieją trzy różne sposoby, w których ciemna reakcja zachodzi w roślinach, aby zapobiec kontaktowi tlenu z Rubisco. Dlatego w zależności od sposobu, w jaki zachodzi ciemna reakcja, istnieją 3 rodzaje roślin; mianowicie rośliny C3, rośliny C4 i rośliny CAM.

ZAWARTOŚĆ

1. Przegląd i kluczowa różnica
2. Co to są rośliny C3
3. Co to są rośliny C4
4. Podobieństwa między roślinami C3 i C4
5. Porównanie obok siebie - Rośliny C3 vs C4 w formie tabelarycznej
6. Podsumowanie

Co to są rośliny C3?

Około 95% roślin na ziemi to rośliny C3. Jak sama nazwa wskazuje, wykonują mechanizm fotosyntezy C3, czyli cykl Calvina. Uważa się, że fotosynteza C3 powstała prawie 3,5 miliarda lat temu. Rośliny te są głównie drzewiastymi i okrągłymi liśćmi. U tych roślin utrwalanie węgla odbywa się w komórkach mezofilowych znajdujących się tuż pod naskórkiem.

Dwutlenek węgla przedostaje się z atmosfery do komórek mezofilowych przez aparaty szparkowe. Potem zaczyna się ciemna reakcja. Pierwszą reakcją jest utrwalanie dwutlenku węgla z bisfosforanem rybulozy w fosfoglicerynie, który jest związkiem trójwęglowym. W rzeczywistości jest to pierwszy stabilny produkt roślin C3. Karboksylaza bisfosforanu rybulozy (Rubisco) jest enzymem, który katalizuje reakcję karboksylacji w roślinach. Podobnie cykl Calvina zachodzi cyklicznie podczas produkcji węglowodanów.

Rysunek 01: Rośliny C3

W porównaniu z roślinami C4 rośliny C3 są nieefektywne pod względem mechanizmu fotosyntezy. Jest to spowodowane występowaniem fotooddychania w roślinach C3. Fotooddychanie występuje z powodu aktywności oksydazy enzymu Rubisco. Natlenianie Rubisco działa w kierunku przeciwnym do karboksylacji, skutecznie przeciwdziała fotosyntezie poprzez marnowanie dużych ilości węgla pierwotnie utrwalonego w cyklu Calvina przy dużym koszcie i powoduje utratę dwutlenku węgla z komórek wiążących dwutlenek węgla. Podobnie interakcja z tlenem i dwutlenkiem węgla zachodzi w tej samej witrynie Rubisco. Te konkurencyjne reakcje zwykle przebiegają w stosunku 3: 1 (węgiel: tlen). Jest zatem jasne, że fotooddychanie jest procesem stymulowanym światłem, który zużywa tlen i wydziela dwutlenek węgla.

Co to są rośliny C4?

Rośliny C4 są obecne w obszarach suchych i o wysokiej temperaturze. Około 1% gatunków roślin ma biochemię C4. Niektóre przykłady roślin C4 to kukurydza i trzcina cukrowa. Jak sama nazwa wskazuje, rośliny te wykonują mechanizm fotosyntezy C4. Uważa się, że fotosynteza C4 powstała prawie 12 milionów lat temu; długo po ewolucji mechanizmu C3. Zakłady C4 mogą być teraz lepiej przystosowane, ponieważ obecne poziomy dwutlenku węgla są znacznie niższe niż 100 milionów lat temu.

Rośliny C4 są znacznie bardziej skuteczne w wychwytywaniu dwutlenku węgla. Ponadto fotosynteza C4 występuje zarówno u gatunków jednoliściennych, jak i dwuliściennych. W przeciwieństwie do roślin C3, pierwszym stabilnym produktem powstającym podczas fotosyntezy jest kwas szczawiooctowy, który jest związkiem czterowęglowym. Co najważniejsze, liście tych roślin wykazują specjalny rodzaj anatomii zwany „Anatomią Kranza”. Wokół wiązek naczyniowych wokół kręgów naczyniowych znajduje się krąg komórek pochewki wiązki z chloroplastami, za pomocą których można zidentyfikować rośliny C4.

Rysunek 02: Rośliny C4

W tym szlaku wiązanie dwutlenku węgla zachodzi dwukrotnie. W cytoplazmie komórek mezofilowych CO₂₎ pierwsze poprawki z fosfoenolopirogronianem (PEP), który działa jako główny akceptor. Reakcja jest katalizowana przez enzym karboksylazy PEP. Następnie PEP przekształca się w jabłczan, a następnie w pirogronian, uwalniając CO₂₎. I to CO₂₎ po raz drugi naprawia się z bisfosforanem rybulozy, z wytworzeniem 2 fosfoglicerynianu w celu przeprowadzenia cyklu Calvina.

Jakie są podobieństwa między roślinami C3 i C4?

• Zarówno rośliny C3, jak i C4 wiążą dwutlenek węgla i wytwarzają węglowodany.
• Przeprowadzają mroczną reakcję.
• Oba rodzaje roślin przeprowadzają tę samą reakcję świetlną.
• Ponadto mają chloroplasty do przeprowadzania fotosyntezy.
• Ich równanie fotosyntetyczne jest podobne.
• Ponadto RuBP bierze udział w ciemnej reakcji obu rodzajów roślin.
• Obie rośliny produkują fosfoglicerynian.

Jaka jest różnica między roślinami C3 i C4?

Rośliny C3 wytwarzają kwas fosfoglicerynowy jako pierwszy stabilny produkt ciemnej reakcji. Jest to związek trójwęglowy. Z drugiej strony, rośliny C4 wytwarzają kwas szczawiooctowy jako pierwszy stabilny produkt ciemnej reakcji. Jest to związek czterowęglowy. Dlatego jest to kluczowa różnica między zakładami C3 i C4.

Ponadto, wydajność fotosyntetyczna roślin C3 jest mniejsza niż wydajność fotosyntetyczna roślin C4. Wynika to z fotooddychania obserwowanego w roślinach C3, które jest nieistotne w roślinach C4. Jest to kolejna różnica między roślinami C3 i C4. Biorąc pod uwagę różnice strukturalne, rośliny C3 nie mają dwóch rodzajów chloroplastów i anatomii Kranza w liściach. Z drugiej strony rośliny C4 mają dwa rodzaje chloroplastów i wykazują anatomię Kranza w liściach. Stąd też jest różnica między roślinami C3 i C4.

Ponadto kolejną różnicą między instalacjami C3 i C4 jest to, że instalacje C3 wiążą dwutlenek węgla tylko raz, podczas gdy instalacje C4 wiążą dwutlenek węgla dwa razy. Z tego powodu asymilacja C jest mniejsza u roślin C3, podczas gdy asymilacja C jest wysoka u roślin C4. Co więcej, rośliny C4 mogą przeprowadzać fotosyntezę, gdy aparaty szparkowe są zamknięte i przy bardzo wysokich stężeniach światła i niskim poziomie CO₂₎ koncentracje. Jednak rośliny C3 nie są w stanie przeprowadzić fotosyntezy, gdy aparaty szparkowe są zamknięte i przy bardzo wysokich stężeniach światła i niskim CO₂₎ koncentracje. Dlatego jest to również znacząca różnica między roślinami C3 i C4. Ponadto instalacje C3 i instalacje C4 różnią się od pierwszego akceptora dwutlenku węgla. RuBP to CO₂₎ akceptor w instalacjach C3, podczas gdy PEP jest pierwszym CO₂₎ akceptor w zakładach C4.

Podsumowanie - Rośliny C3 vs C4

C3 i C4 to dwa rodzaje roślin. Rośliny C3 są bardzo powszechne, podczas gdy rośliny C4 są bardzo rzadkie. Kluczowa różnica między roślinami C3 i C4 zależy od pierwszego produktu węglowego, który wytwarzają podczas ciemnej reakcji. Rośliny C3 przeprowadzają cykl Calvina i wytwarzają związek trójwęglowy jako pierwszy stabilny produkt, podczas gdy rośliny C4 wykonują mechanizm C4 i wytwarzają cztery związki węgla jako pierwszy stabilny produkt. Ponadto rośliny C3 wykazują mniejszą wydajność fotosyntezy, podczas gdy rośliny C4 wykazują wysoką wydajność fotosyntezy. Co więcej, rośliny C3 nie mają anatomii Kranza w liściach, a także nie mają dwóch rodzajów chloroplastów. Z drugiej strony rośliny C4 mają w liściach anatomię Kranza, a także dwa rodzaje chloroplastów. Jest to zatem podsumowanie roślin C3 i C4.

Odniesienie:

1. Szczepanik, i in. „O mechanizmie pośredniej wymiany fotosyntezy C 4 między Kranz Mesophyll a wiązkami pochewek w trawach”. OUP Academic, Oxford University Press, 28 marca 2008. Dostępny tutaj 
2. Study.com, Study.com. Dostępny tutaj 

Zdjęcie dzięki uprzejmości:

1. „Uproszczony schemat fotooddychania” Autor: Rachel Purdon - Praca własna (CC BY-SA 3.0) przez Commons Wikimedia 
2. ”HatchSlackpathway2” Autor: Adenosine (dyskusja) - HatchSlackpathway.svg, (CC BY-SA 2.5) przez Commons Wikimedia