Avainero C3- ja C4-kasvien välillä on se, että C3-kasvit muodostavat kolmen hiilen yhdisteen pimeän reaktion ensimmäisenä vakaana tuotteena, kun taas C4-kasvit muodostavat neljän hiilen yhdisteen ensimmäisenä vakaana tuotteena. synkkä reaktio.
Fotosynteesi on valovoimainen prosessi, joka muuntaa hiilidioksidin ja veden energiarikkaiksi sokereiksi kasveissa, levissä ja sinileväissä. Fotosynteesin valoreaktion aikana tapahtuu vesimolekyylien fotolyysi. Veden fotolyysin seurauksena happea vapautuu sivutuotteena. Valoreaktion jälkeen alkaa pimeäreaktio ja se syntetisoi hiilihydraatteja kiinnittämällä hiilidioksidia. Valoreaktiossa syntyvä happi voi kuitenkin sitoutua pimeän reaktion pääentsyymiin, joka on RuBP-oksygenaasi-karboksylaasi (Rubisco), ja suorittaa valohengityksen. Valohengitys on prosessi, joka hukkaa energiaa ja vähentää hiilihydraattisynteesiä. Siksi valohengityksen estämiseksi kasveissa tapahtuu kolmella eri tavalla tumma reaktio estämään hapen kohtaaminen Rubiscon kanssa. Siten, riippuen tavasta, jolla tumma reaktio tapahtuu, on olemassa 3 tyyppiä kasveja; nimittäin C3-, C4- ja CAM-laitokset.
Mitä ovat C3-kasvit?
Noin 95 % maan kasveista on C3-kasveja. Kuten nimestä käy ilmi, ne suorittavat C3-fotosynteesimekanismin, joka on Calvin-sykli. C3-fotosynteesin uskotaan syntyneen lähes 3,5 miljardia vuotta sitten. Nämä kasvit ovat enimmäkseen puumaisia ja pyöreälehtisiä kasveja. Näissä kasveissa hiilen kiinnittyminen tapahtuu mesofyllisoluissa, jotka ovat aivan orvaskeden alla.
Hiilidioksidi pääsee ilmakehästä mesofyllisoluihin stomatan kautta. Sitten alkaa pimeä reaktio. Ensimmäinen reaktio on hiilidioksidin kiinnittäminen Ribuloosibisfosfaatilla fosfoglyseraatiksi, joka on kolmen hiilen yhdiste. Itse asiassa se on C3-tehtaiden ensimmäinen vakaa tuote. Ribuloosibisfosfaattikarboksylaasi (Rubisco) on entsyymi, joka katalysoi tätä karboksylaatioreaktiota kasveissa. Samoin Calvinin kierto tapahtuu syklisesti hiilihydraatteja tuottaessa.
Kuva 01: C3-kasvit
Verrattuna C4-kasveihin, C3-kasvit ovat tehottomia fotosynteesimekanisminsa suhteen. Se johtuu valohengityksen esiintymisestä C3-kasveissa. Fotohengitystä tapahtuu Rubisco-entsyymin oksigenaasiaktiivisuuden vuoksi. Rubiscon hapetus toimii päinvastaiseen suuntaan kuin karboksylaatio, kumoaa tehokkaasti fotosynteesin tuhlaamalla suuria määriä alun perin Calvin-syklin kiinnittämää hiiltä suurella kustannuksella ja johtaa hiilidioksidin häviämiseen soluista, jotka kiinnittävät hiilidioksidia. Samoin vuorovaikutus hapen ja hiilidioksidin kanssa tapahtuu samassa paikassa Rubiscossa. Nämä kilpailevat reaktiot toimivat normaalisti suhteessa 3:1 (hiili:happi). Näin ollen on selvää, että valohengitys on valostimuloitu prosessi, joka kuluttaa happea ja kehittää hiilidioksidia.
Mitä ovat C4-kasvit?
C4-kasveja esiintyy kuivilla ja korkean lämpötilan alueilla. Noin 1 prosentilla kasvilajeista on C4-biokemia. Joitakin esimerkkejä C4-kasveista ovat maissi ja sokeriruoko. Kuten nimestä käy ilmi, nämä kasvit suorittavat C4-fotosynteesimekanismin. C4-fotosynteesin uskotaan syntyneen lähes 12 miljoonaa vuotta sitten; kauan C3-mekanismin kehittymisen jälkeen. C4-laitokset voivat sopeutua paremmin nyt, koska nykyiset hiilidioksiditasot ovat paljon alhaisemmat kuin 100 miljoonaa vuotta sitten.
C4-laitokset sitovat hiilidioksidia paljon tehokkaammin. Lisäksi C4-fotosynteesi löytyy sekä yksi- että kaksisirkkaisista lajeista. Toisin kuin C3-kasveilla, ensimmäinen fotosynteesin aikana muodostunut stabiili tuote on oksaloetikkahappo, joka on neljän hiilen yhdiste. Mikä tärkeintä, näiden kasvien lehdillä on erityinen anatomia nimeltä "Kranz Anatomy". Verisuonikimppujen ympärillä on nipputuppisoluja, joissa on kloroplasteja, joiden avulla voidaan tunnistaa C4-kasvit.
Kuva 02: C4-kasvit
Tällä reitillä hiilidioksidin kiinnittyminen tapahtuu kahdesti. Mesofyllisolujen sytoplasmassa CO2 kiinnittyy ensin fosfoenolipyruvaattiin (PEP), joka toimii ensisijaisena akseptorina. Reaktiota katalysoi PEP-karboksylaasientsyymi. Sitten PEP muuttuu malaatiksi ja sitten pyruvaaiksi vapauttavaksi CO2 Ja tämä CO2 korjautuu jälleen toisen kerran Ribuloosibisfosfaatilla muodostaen 2:n. fosfoglyseraatti Calvin-syklin suorittamiseen.
Mitä yhtäläisyyksiä C3- ja C4-kasvien välillä on?
- Sekä C3- että C4-kasvit sitovat hiilidioksidia ja tuottavat hiilihydraatteja.
- He suorittavat synkän reaktion.
- Lisäksi molemmat kasvityypit suorittavat saman valoreaktion.
- Lisäksi heillä on kloroplasteja, jotka suorittavat fotosynteesiä.
- Heidän fotosynteesiyhtälön on samanlainen.
- Lisäksi RuBP osallistuu molempien kasvien pimeään reaktioon.
- Molemmat kasvit tuottavat fosfoglyseraattia.
Mitä eroa on C3- ja C4-kasveilla?
C3-kasvit tuottavat fosfoglyseriinihappoa pimeän reaktion ensimmäisenä vakaana tuotteena. Se on kolmen hiilen yhdiste. Toisa alta C4-kasvit tuottavat oksaloetikkahappoa pimeän reaktion ensimmäisenä vakaana tuotteena. Se on neljän hiilen yhdiste. Siksi tämä on avainero C3- ja C4-laitosten välillä.
Lisäksi C3-kasvien fotosynteesitehokkuus on pienempi kuin C4-kasvien fotosynteesitehokkuus. Se johtuu C3-kasveissa havaitusta valohengityksestä, joka on merkityksetöntä C4-kasveissa. Siten se on toinen ero C3- ja C4-kasvien välillä. Kun otetaan huomioon rakenteelliset erot, C3-kasveilla ei ole kahdenlaisia kloroplasteja ja Kranzin anatomiaa lehdissä. Toisa alta C4-kasveilla on kahden tyyppisiä kloroplasteja, ja niiden lehdissä on Kranzin anatomia. Siksi se on myös ero C3- ja C4-laitosten välillä.
Lisäksi ero C3- ja C4-laitosten välillä on se, että C3-laitokset sitovat hiilidioksidia vain kerran, kun taas C4-laitokset sitovat hiilidioksidia kahdesti. Tästä syystä C-assimilaatio on vähemmän C3-kasveissa, kun taas C-assimilaatio on korkea C4-kasveissa. Paitsi, että C4-kasvit voivat suorittaa fotosynteesiä, kun stomatat ovat kiinni ja erittäin korkeissa valopitoisuuksissa ja alhaisissa CO2 pitoisuuksissa. C3-kasvit eivät kuitenkaan pysty suorittamaan fotosynteesiä, kun stomatat ovat kiinni ja erittäin korkeissa valopitoisuuksissa ja alhaisissa CO2 pitoisuuksissa. Siksi tämä on myös merkittävä ero C3- ja C4-kasvien välillä. Lisäksi C3- ja C4-laitokset eroavat ensimmäisestä hiilidioksidin vastaanottajasta. RuBP on CO2 vastaanottaja C3-laitoksissa, kun taas PEP on ensimmäinen CO2 vastaanottaja C4-laitoksissa.
Yhteenveto – C3 vs C4 Plants
C3 ja C4 ovat kahdenlaisia kasveja. C3-kasvit ovat hyvin yleisiä, kun taas C4-kasvit ovat erittäin harvinaisia. Keskeinen ero C3- ja C4-kasvien välillä riippuu ensimmäisestä hiilituotteesta, jonka ne tuottavat pimeän reaktion aikana. C3-laitokset suorittavat Calvin-syklin ja tuottavat kolmen hiiliyhdisteen ensimmäisenä vakaana tuotteena, kun taas C4-laitokset suorittavat C4-mekanismin ja tuottavat neljän hiiliyhdisteen ensimmäisenä vakaana tuotteena. Lisäksi C3-kasveilla on vähemmän fotosynteesitehoa, kun taas C4-kasveilla on korkea fotosynteesitehokkuus. Lisäksi C3-kasveilla ei ole Kranzin anatomiaa lehdissä, eikä niissä ole myöskään kahdenlaisia kloroplasteja. Toisa alta C4-kasveilla on Kranz-anatomia lehdissään, ja niissä on myös kahdenlaisia kloroplasteja. Tämä on siis yhteenveto C3- ja C4-laitoksista.
