Разница между растениями С3 и С4

ключевое отличие между растениями С3 и С4 является то, что растения C3 образуют трехуглеродное соединение в качестве первого стабильного продукта темной реакции, в то время как растения C4 образуют четырехуглеродное соединение в качестве первого стабильного продукта темной реакции.

Фотосинтез - это процесс, управляемый светом, который превращает углекислый газ и воду в богатые энергией сахара в растениях, водорослях и цианобактериях. Во время световой реакции фотосинтеза происходит фотолиз молекул воды. В результате фотолиза воды кислород выделяется как побочный продукт. После светлой реакции начинается темная реакция, и она синтезирует углеводы, фиксируя углекислый газ. Однако кислород, генерируемый в результате светлой реакции, может связываться с основным ферментом реакции темноты, который представляет собой оксигеназо-карбоксилазу RuBP (Rubisco), и осуществлять фотодыхание. Фотодыхание - это процесс, который расходует энергию и уменьшает синтез углеводов. Поэтому, чтобы предотвратить фотодыхание, существует три различных способа, которыми темная реакция происходит в растениях, чтобы предотвратить встречу кислорода с Рубиско. Следовательно, в зависимости от того, как происходит темная реакция, существует 3 вида растений; а именно, растения C3, растения C4 и растения CAM.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое растения С3
3. Что такое растения С4
4. Сходство между растениями С3 и С4
5. Сравнение бок о бок - C3 против C4 растений в табличной форме
6. Резюме

Что такое растения С3?

Около 95% растений на земле - растения C3. Как видно из названия, они осуществляют механизм фотосинтеза С3, то есть цикл Кальвина. Считается, что фотосинтез С3 возник почти 3,5 миллиарда лет назад. Эти растения в основном древесные и круглолиственные. У этих растений углеродная фиксация происходит в клетках мезофилла, которые находятся прямо под эпидермисом.

Двуокись углерода поступает из атмосферы в клетки мезофилла через устьица. Затем начинается темная реакция. Первая реакция - это фиксация диоксида углерода с бисфосфатом рибулозы в фосфоглицерате, который является трехуглеродным соединением. Фактически это первый стабильный продукт растений С3. Рибулозобисфосфаткарбоксилаза (Rubisco) является ферментом, который катализирует эту реакцию карбоксилирования в растениях. Аналогично цикл Кальвина происходит циклически при производстве углеводов..

Рисунок 01: C3 Plants

По сравнению с растениями С4, растения С3 неэффективны с точки зрения механизма фотосинтеза. Это происходит из-за появления фотореспирации у растений C3. Фотодыхание происходит благодаря оксигеназной активности фермента Рубиско. Оксигенация Рубиско работает в направлении, противоположном карбоксилированию, эффективно отменяет фотосинтез, тратя большие количества углерода, первоначально связанного циклом Кальвина, с большими затратами и приводит к потере диоксида углерода из клеток, которые фиксируют диоксид углерода. Точно так же взаимодействие с кислородом и углекислым газом происходит в одном и том же месте на Рубиско. Эти конкурирующие реакции обычно протекают в соотношении 3: 1 (углерод: кислород). Таким образом, ясно, что фотодыхание - это светостимулированный процесс, который потребляет кислород и выделяет углекислый газ..

Что такое растения С4?

Растения С4 присутствуют в сухих и высокотемпературных зонах. Примерно 1% видов растений имеют биохимию С4. Некоторые примеры растений C4 - кукуруза и сахарный тростник. Как видно из названия, эти растения осуществляют механизм фотосинтеза С4. Считается, что фотосинтез С4 возник почти 12 миллионов лет назад; долго после эволюции механизма C3. Растения С4 могут быть лучше адаптированы в настоящее время, так как нынешние уровни углекислого газа намного ниже, чем 100 миллионов лет назад.

Растения С4 гораздо эффективнее улавливают углекислый газ. Кроме того, фотосинтез С4 обнаружен как у однодольных, так и у двудольных видов. В отличие от растений С3, первым стабильным продуктом, образующимся в процессе фотосинтеза, является щавелевоуксусная кислота, которая является четырехуглеродным соединением. Что наиболее важно, листья этих растений демонстрируют особый тип анатомии, который называется «Анатомия Кранца». Вокруг сосудистых пучков имеется круг клеток оболочки пучка с хлоропластами, по которым можно идентифицировать растения С4..

Рисунок 02: Растения С4

На этом пути фиксация углекислого газа происходит дважды. В цитоплазме клетки мезофилла СО₂ сначала фиксирует с помощью фосфоенолпирувата (PEP), который действует как первичный акцептор. Реакция катализируется ферментом PEP карбоксилазы. Затем ПКП превращается в малат, а затем в пируват, выделяющий СО₂. И это CO₂ снова фиксирует во второй раз рибулозо-бисфосфат, чтобы сформировать 2 фосфоглицерата для проведения цикла Кальвина.

Каковы сходства между растениями C3 и C4?

• Оба растения C3 и C4 фиксируют углекислый газ и производят углеводы.
• Они проводят темную реакцию.
• Также оба типа растений проводят одинаковую световую реакцию.
• Кроме того, у них есть хлоропласты для проведения фотосинтеза.
• Их уравнение фотосинтеза аналогично.
• Более того, RuBP вовлекает в темную реакцию оба типа растений.
• Оба растения вырабатывают фосфоглицерат.

В чем разница между растениями С3 и С4?

Растения С3 вырабатывают фосфоглицериновую кислоту как первый стабильный продукт темновой реакции. Это трехуглеродистое соединение. С другой стороны, растения С4 производят оксалоуксусную кислоту в качестве первого стабильного продукта темной реакции. Это четырехуглеродное соединение. Таким образом, это ключевое различие между растениями С3 и С4..

Кроме того, фотосинтетическая эффективность растений C3 меньше, чем фотосинтетическая эффективность растений C4. Это связано с фотодыханием, наблюдаемым у растений C3, которое незначительно у растений C4. Таким образом, это еще одно различие между растениями С3 и С4. При рассмотрении структурных различий растения C3 не имеют двух типов хлоропластов и анатомии Кранца в листьях. С другой стороны, растения C4 имеют два типа хлоропластов, и они показывают анатомию Кранца в листьях. Следовательно, это также разница между растениями C3 и C4.

Более того, еще одно различие между растениями C3 и C4 состоит в том, что растения C3 фиксируют диоксид углерода только один раз, тогда как растения C4 фиксируют диоксид углерода дважды. Из-за этого факта, ассимиляция C меньше у растений C3, в то время как ассимиляция C высока у растений C4. Мало того, что растения C4 могут проводить фотосинтез, когда устьица закрыта и находится при очень высоких концентрациях света и низком содержании СО₂ концентрации. Тем не менее, растения C3 не могут осуществлять фотосинтез, когда устьица закрыта и находится при очень высоких концентрациях света и низком содержании СО.₂ концентрации. Следовательно, это также значительная разница между растениями С3 и С4. Кроме того, растения C3 и растения C4 отличаются от первого акцептора углекислого газа. RuBP является СО₂ акцептор в растениях C3, в то время как PEP является первым CO₂ акцептор в растениях С4.

Резюме - C3 против C4 растений

С3 и С4 - два типа растений. Растения С3 очень распространены, тогда как растения С4 очень редки. Ключевое различие между растениями C3 и C4 зависит от первого углеродного продукта, который они производят во время темновой реакции. Установки C3 осуществляют цикл Кельвина и производят трехуглеродное соединение в качестве первого стабильного продукта, в то время как установки C4 используют механизм C4 и производят четыре соединения углерода в качестве первого стабильного продукта. Кроме того, растения C3 демонстрируют меньшую фотосинтетическую эффективность, тогда как растения C4 демонстрируют высокую фотосинтетическую эффективность. Кроме того, растения C3 не имеют анатомии Кранца в листьях, а также не имеют двух типов хлоропластов. С другой стороны, растения C4 имеют анатомию Кранца в своих листьях, а также они имеют два типа хлоропластов. Таким образом, это резюме растений C3 и C4.

Ссылка:

1. Щепаник и др. «О механизме промежуточного обмена фотосинтеза С 4 между мезофиллом Кранца и клетками оболочки пучка в травах». OUP Academic, Oxford University Press, 28 марта 2008 г. Доступно здесь 
2. Study.com, Study.com. Доступна здесь 

Изображение предоставлено:

1. «Упрощенная схема фотодыхания». Рэйчел Пурдон - собственная работа, (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia 
2. «HatchSlackpathway2» Аденозина (доклад) - HatchSlackpathway.svg, (CC BY-SA 2.5) через Викисклад Commons