Ключевое различие между растениями С3 и С4 заключается в том, что растения С3 образуют трехуглеродное соединение в качестве первого стабильного продукта темновой реакции, тогда как растения С4 образуют четырехуглеродное соединение в качестве первого стабильного продукта темновой реакции. темная реакция.
Фотосинтез - это управляемый светом процесс, который превращает углекислый газ и воду в богатые энергией сахара в растениях, водорослях и цианобактериях. При световой реакции фотосинтеза происходит фотолиз молекул воды. В результате фотолиза воды в качестве побочного продукта выделяется кислород. После световой реакции начинается темновая реакция, которая синтезирует углеводы путем фиксации углекислого газа. Однако кислород, образующийся при световой реакции, может связываться с основным ферментом темновой реакции - оксигеназой-карбоксилазой RuBP (Rubisco) и осуществлять фотодыхание. Фотодыхание - это процесс, при котором расходуется энергия и снижается синтез углеводов. Следовательно, для предотвращения фотодыхания в растениях существует три различных способа темновой реакции, предотвращающей встречу кислорода с Rubisco. Следовательно, в зависимости от того, как протекает темновая реакция, существует 3 типа растений; а именно, растения C3, растения C4 и растения CAM.
Что такое растения C3?
Около 95% растений на земле относятся к растениям С3. Как видно из названия, они осуществляют фотосинтетический механизм C3, который представляет собой цикл Кальвина. Считается, что фотосинтез C3 возник почти 3,5 миллиарда лет назад. Эти растения в основном древесные и круглолистные. У этих растений фиксация углерода происходит в клетках мезофилла, которые находятся непосредственно под эпидермисом.
Углекислый газ поступает из атмосферы в клетки мезофилла через устьица. Затем начинается темная реакция. Первая реакция представляет собой фиксацию диоксида углерода рибулозобисфосфатом в фосфоглицерат, представляющий собой трехуглеродное соединение. Фактически, это первый стабильный продукт растений C3. Рибулозобисфосфаткарбоксилаза (Rubisco) представляет собой фермент, который катализирует эту реакцию карбоксилирования в растениях. Точно так же цикл Кальвина происходит циклически при производстве углеводов.
Рисунок 01: Растения C3
По сравнению с растениями C4, растения C3 неэффективны в отношении их механизма фотосинтеза. Это связано с возникновением фотодыхания у С3-растений. Фотодыхание происходит за счет оксигеназной активности фермента Рубиско. Оксигенация Rubisco работает в направлении, противоположном карбоксилированию, эффективно отменяет фотосинтез за счет потери большого количества углерода, первоначально фиксированного циклом Кальвина, с большими затратами, и приводит к потере углекислого газа клетками, которые фиксируют углекислый газ. Точно так же взаимодействие с кислородом и углекислым газом происходит в одном и том же месте на Rubisco. Эти конкурирующие реакции обычно протекают при соотношении 3:1 (углерод:кислород). Таким образом, становится ясно, что фотодыхание - это стимулируемый светом процесс, при котором поглощается кислород и выделяется углекислый газ.
Что такое растения C4?
Растения C4 присутствуют в сухих и высокотемпературных районах. Примерно 1% видов растений имеют биохимию C4. Некоторыми примерами растений С4 являются кукуруза и сахарный тростник. Как видно из названия, эти растения осуществляют фотосинтетический механизм С4. Считается, что фотосинтез C4 возник почти 12 миллионов лет назад; спустя долгое время после эволюции механизма С3. Растения C4 могут быть лучше адаптированы сейчас, поскольку нынешние уровни углекислого газа намного ниже, чем 100 миллионов лет назад.
Растения C4 намного эффективнее улавливают углекислый газ. Кроме того, фотосинтез C4 обнаружен как у однодольных, так и у двудольных видов. В отличие от растений С3 первым стабильным продуктом, образующимся при фотосинтезе, является щавелевоуксусная кислота, представляющая собой четырехуглеродное соединение. Самое главное, что листья этих растений имеют особый тип анатомии, который называется «анатомия Кранца». Вокруг сосудистых пучков имеется кольцо из клеток оболочки пучка с хлоропластами, по которому можно идентифицировать растения С4.
Рисунок 02: Растения C4
В этом пути фиксация углекислого газа происходит дважды. В цитоплазме клеток мезофилла CO2 сначала фиксируется с фосфоенолпируватом (ФЕП), который действует как первичный акцептор. Реакция катализируется ферментом ФЕП-карбоксилазой. Затем PEP превращается в малат, а затем в пируват с высвобождением CO2 И этот CO2снова фиксируется во второй раз с помощью рибулозобисфосфата, образуя 2 фосфоглицерат для осуществления цикла Кальвина.
Каковы сходства между растениями C3 и C4?
- И растения С3, и С4 фиксируют углекислый газ и производят углеводы.
- Они проводят темную реакцию.
- Кроме того, оба типа растений осуществляют одинаковую световую реакцию.
- Кроме того, у них есть хлоропласты для осуществления фотосинтеза.
- Их уравнение фотосинтеза похоже.
- Кроме того, РБФ вовлекает в темновую реакцию обоих видов растений.
- Оба растения производят фосфоглицерат.
В чем разница между растениями C3 и C4?
Растения C3 производят фосфоглицериновую кислоту как первый стабильный продукт темновой реакции. Это трехуглеродное соединение. С другой стороны, растения С4 производят щавелевоуксусную кислоту как первый стабильный продукт темновой реакции. Это четырехуглеродное соединение. Следовательно, это ключевое различие между растениями C3 и C4.
Кроме того, эффективность фотосинтеза растений C3 меньше, чем эффективность фотосинтеза растений C4. Это связано с фотодыханием, наблюдаемым у растений C3, которое незначительно у растений C4. Таким образом, это еще одно различие между растениями C3 и C4. При рассмотрении структурных различий растения С3 не имеют двух типов хлоропластов и анатомии Кранца в листьях. С другой стороны, растения С4 имеют два типа хлоропластов, и они демонстрируют анатомию Кранца в листьях. Следовательно, это также разница между растениями C3 и C4.
Более того, еще одно различие между растениями C3 и C4 заключается в том, что растения C3 фиксируют углекислый газ только один раз, а растения C4 фиксируют углекислый газ дважды. В связи с этим ассимиляция C меньше у растений C3, а ассимиляция C выше у растений C4. Мало того, растения С4 могут осуществлять фотосинтез при закрытых устьицах и при очень высоких концентрациях света и низких концентрациях CO2 . Однако растения С3 не могут осуществлять фотосинтез при закрытых устьицах и при очень высоких концентрациях света и низких концентрациях CO2 . Следовательно, это также существенная разница между растениями С3 и С4. Кроме того, растения С3 и растения С4 отличаются от первого акцептора углекислого газа. RuBP является акцептором CO2 в растениях C3, тогда как PEP является первым акцептором CO2 в растениях C4.
Резюме – растения C3 и C4
C3 и C4 - это два типа растений. Растения C3 очень распространены, а растения C4 очень редки. Ключевое различие между растениями C3 и C4 зависит от первого углеродного продукта, который они производят во время темновой реакции. Растения C3 выполняют цикл Кальвина и производят трехуглеродное соединение в качестве первого стабильного продукта, в то время как растения C4 выполняют механизм C4 и производят четырехуглеродное соединение в качестве первого стабильного продукта. Кроме того, растения С3 демонстрируют меньшую эффективность фотосинтеза, в то время как растения С4 демонстрируют высокую эффективность фотосинтеза. Кроме того, растения С3 не имеют анатомии Кранца в листьях, а также у них нет двух типов хлоропластов. С другой стороны, растения C4 имеют анатомию Кранца в листьях, а также у них есть два типа хлоропластов. Таким образом, это резюме растений C3 и C4.
