Különbség a C3 és C4 növények között

Az kulcs különbség a C3 és C4 növények között ez a C3 növények a sötét reakció első stabil termékeként három széntartalmú vegyületet képeznek, míg a C4 növények a sötét reakció első stabil termékeként négyszén vegyületet képeznek.

A fotoszintézis egy fényvezérelt folyamat, amely a szén-dioxidot és a vizet energiagazdag cukrokká alakítja a növényekben, algákban és cianobaktériumokban. A fotoszintézis könnyű reakciója során a vízmolekulák fotolízise zajlik. A víz fotolízise eredményeként az oxigén melléktermékként szabadul fel. A könnyű reakció után a sötét reakció indul, és szénhidrátokat szintetizál a szén-dioxid rögzítésével. A könnyű reakció során képződött oxigén azonban kapcsolódhat a sötét reakció fő enziméhez, amely a RuBP oxigénáz-karboxiláz (Rubisco), és fotoreszpirációt hajthat végre. A fotoreszpiráció egy olyan folyamat, amely pazarolja az energiát és csökkenti a szénhidrát szintézist. Ezért a fotoreszpiráció megakadályozása érdekében háromféle módon lehet sötét reakciót előidézni a növényekben, hogy megakadályozzák az oxigén és a Rubisco találkozását. Ezért, a sötét reakció zajlásának módjától függően, háromféle növény van; nevezetesen C3 növények, C4 növények és CAM növények.

TARTALOMJEGYZÉK

1. Áttekintés és a legfontosabb különbség
2. Mik a C3 növények?
3. Mik a C4 növények?
4. hasonlóságok a C3 és C4 növények között
5. Összehasonlítás - C3 és C4 növények táblázatos formában
6. Összegzés

Mik a C3 növények??

A földön található növények kb. 95% -a C3 növény. Ahogy a név is jelzi, a C3 fotoszintézis mechanizmusát hajtják végre, amely Calvin-ciklus. A C3 fotoszintézisének feltételezése szerint közel 3,5 milliárd évvel ezelőtt történt. Ezek a növények többnyire fás és kerek leveles növények. Ezekben a növényekben a szén rögzül a mezofill sejtekben, amelyek éppen az epidermisz alatt vannak.

A szén-dioxid a sztómán keresztül jut a légkörből a mezofill sejtekbe. Ezután megindul a sötét reakció. Az első reakció a szén-dioxid Ribulose-biszfoszfáttal történő rögzítése foszfor-gliceráttal, amely egy háromszén vegyület. Valójában ez a C3 növények első stabil terméke. A ribulóz-biszfoszfát-karboxiláz (Rubisco) az az enzim, amely katalizálja ezt a karboxilezési reakciót a növényekben. Hasonlóképpen, a Calvin-ciklus ciklikusan zajlik, miközben szénhidrátokat termel.

01. ábra: C3 növények

A C4 növényekhez képest a C3 növények fotoszintetikus mechanizmusukban nem hatékonyak. Ennek oka a fotoreszpiráció előfordulása a C3 növényekben. A fotoreszpiráció a Rubisco enzim oxigénáz aktivitása miatt fordul elő. A Rubisco oxigénezése a karboxilációval ellentétes irányban működik, hatékonyan megakadályozza a fotoszintézist azáltal, hogy nagy költségekkel pazarolja el a Calvin-ciklusban eredetileg rögzített nagy mennyiségű szént, és szén-dioxid veszteséget okoz a szén-dioxidot rögzítő sejtekből. Hasonlóképpen, az oxigénnel és a szén-dioxiddal való kölcsönhatás ugyanazon a helyen történik a Rubiscon. Ezek a versengő reakciók általában 3: 1 (szén: oxigén) arányban zajlanak. Így egyértelmű, hogy a fotoreszpiráció egy fény által stimulált folyamat, amely oxigént fogyaszt és szén-dioxidot fejleszt.

Mik azok a C4 növények??

A C4 növények száraz és magas hőmérsékletű területeken vannak jelen. A növényfajok körülbelül 1% -ánál van a C4 biokémia. Néhány példa a C4 növényekre a kukorica és a cukornád. Ahogy a neve is jelzi, ezek a növények végrehajtják a C4 fotoszintézis mechanizmust. Úgy gondolják, hogy a C4 fotoszintézise csaknem 12 millió évvel ezelőtt történt; sokkal a C3 mechanizmus fejlődése után. A C4 növényeket jobban alkalmazhatjuk most, mivel a jelenlegi széndioxid-szint sokkal alacsonyabb, mint 100 millió évvel ezelőtt.

A C4 növények sokkal hatékonyabban rögzítik a szén-dioxidot. Ezenkívül a C4 fotoszintézise egyszikű és kétszikű fajokban egyaránt megtalálható. A C3 növényekkel ellentétben a fotoszintézis során képződött első stabil termék az oxaloecetsav, amely négyszéntartalmú vegyület. A legfontosabb, hogy ezeknek a növényeknek a levelei különleges anatómiát mutatnak, az úgynevezett „Kranz Anatomy”. A vaszkuláris kötegek körüli kloroplasztokkal ellátott kötegköpeny-kört tartalmaznak, amellyel a C4 növények azonosíthatók.

02 ábra: C4 növények

Ezen az úton a szén-dioxid rögzítése kétszer megtörténik. A mezofill sejt citoplazmában, CO₂ először foszfoenolpiruváttal (PEP) rögzül, amely elsődleges akceptorként működik. A reakciót PEP-karboxiláz enzim katalizálja. A PEP ezután maláttá, majd piruvatot felszabadító CO -vé alakul₂. És ez a CO₂ másodszor ismét rögzítik Ribulose-biszfoszfáttal, hogy 2 foszfo-glicerátot kapjon a Calvin-ciklus végrehajtására.

Milyen hasonlóságok vannak a C3 és C4 növények között??

• Mind a C3, mind a C4 növények rögzítik a szén-dioxidot és szénhidrátokat termelnek.
• Sötét reakciót hajtanak végre.
• Ezenkívül mindkét növénytípus ugyanazt a fényreakciót hajtja végre.
• Ezen felül kloroplasztokkal rendelkeznek a fotoszintézis végrehajtására.
• A fotoszintézis egyenlete hasonló.
• Ezenkívül a RuBP mindkét növénytípus sötét reakciójában részt vesz.
• Mindkét növény foszfoglicerátot termel.

Mi a különbség a C3 és a C4 növények között??

A C3 növények foszfo-glicerinsavat állítanak elő a sötét reakció első stabil termékeként. Ez egy három széntartalmú vegyület. Másrészről, a C4 növények oxo-ecetsavat termelnek a sötét reakció első stabil termékeként. Ez egy négy széntartalmú vegyület. Ezért ez a legfontosabb különbség a C3 és C4 növények között.

Ezenkívül a C3 növények fotoszintézis hatékonysága alacsonyabb, mint a C4 növények fotoszintetikus hatékonysága. Ennek oka a C3 növények fotoreszpirációja, amely elhanyagolható a C4 növényekben. Tehát ez egy másik különbség a C3 és C4 növények között. A szerkezeti különbségek figyelembevételekor a C3 növényeknek nincs kétféle kloroplaszt és Kranz-anatómia a levelekben. Másrészt, a C4 növényeknek kétféle kloroplaszta van, és a levelekben Kranz-anatómiát mutatnak. Ezért különbség van a C3 és C4 növények között is.

Ezenkívül a C3 és C4 növények közötti további különbség az, hogy a C3 növények csak egyszer rögzítik a szén-dioxidot, míg a C4 növények kétszer rögzítik a szén-dioxidot. Ennek eredményeként a C3 növényekben a C asszimiláció kevésbé, míg a C4 növényekben a C asszimiláció magas. Nem csak, hogy a C4 növények fotoszintézist végezhetnek, amikor a sztóma zárva van, nagyon magas fénykoncentráció és alacsony CO₂ koncentrációk. A C3 növények azonban nem képesek fotoszintézist végezni, ha a sztóma zárva van, nagyon magas fénykoncentráció és alacsony CO₂ koncentrációk. Ezért ez szintén jelentős különbség a C3 és C4 növények között. Ezenkívül a C3 növények és a C4 növények különböznek az első szén-dioxid-elfogadótól. A RuBP a CO₂ míg a PEP az első szén-dioxid₂ akceptor C4 növényekben.

Összegzés - C3 vs C4 növények

A C3 és C4 kétféle növény. A C3 növények nagyon gyakoriak, míg a C4 növények nagyon ritkák. A C3 és C4 növények közötti fő különbség az első szénterméktől függ, amelyet a sötét reakció során termelnek. A C3 növények hajtják végre a Calvin ciklust, és első stabil termékként háromszén vegyületet állítanak elő, míg a C4 növények a C4 mechanizmust hajtják végre, és első stabil termékként négy szénvegyületet állítanak elő. Ezenkívül a C3 növények kevesebb fotoszintézis hatékonyságot mutatnak, míg a C4 növények magas fotoszintézis hatékonyságot mutatnak. Ezenkívül a C3 növényekben nincs Kranz-anatómia a levelekben, és nincs kétféle kloroplaszt sem. Másrészről, a C4 növények leveleiben Kranz-anatómiát mutatnak, és kétféle kloroplaszta van. Tehát ez a C3 és C4 növények összefoglalása.

Referencia:

1. Szczepanik et al. "A C 4 fotoszintézis közbenső cseréjének mechanizmusáról a Kranz Mesophyll és a Bundle hüvelysejtek között a fűben." OUP Academic, Oxford University Press, 2008. március 28. Elérhető itt 
2. Study.com, Study.com. Itt érhető el 

Kép jóvoltából:

1. Rachel Purdon „Egyszerűsített fotoreszpirációs diagram” - Saját munka, (CC BY-SA 3.0) a Commons Wikimedia segítségével 
2. ”HatchSlackpathway2” Adenozin által (beszéd) - HatchSlackpathway.svg, (CC BY-SA 2.5) a Commons Wikimedia segítségével