Разлика между растенията C3 и C4

Най- ключова разлика между растенията С3 и С4 е това растенията С3 образуват три въглеродно съединение като първи стабилен продукт на тъмната реакция, докато растенията С4 образуват четири въглеродно съединение като първи стабилен продукт на тъмната реакция.

Фотосинтезата е светлинен процес, който превръща въглеродния диоксид и водата в богати на енергия захари в растенията, водораслите и цианобактериите. По време на светлинната реакция на фотосинтезата се извършва фотолиза на водни молекули. В резултат на фотолиза на водата кислородът се освобождава като страничен продукт. След светлинната реакция започва тъмната реакция и тя синтезира въглехидрати чрез фиксиране на въглероден диоксид. Обаче кислородът, генериран от светлата реакция, може да се свърже с основния ензим на тъмната реакция, която е RuBP оксигеназа-карбоксилаза (Rubisco) и да извърши фотоспирация. Фотореспирацията е процес, който губи енергия и намалява синтеза на въглехидрати. Следователно, за да се предотврати фотореспирацията, има три различни начина, по които при растенията се появява тъмна реакция, за да се предотврати срещата на кислорода с Рубиско. Следователно, в зависимост от начина, по който протича тъмната реакция, има 3 вида растения; а именно C3 растения, C4 растения и CAM растения.

СЪДЪРЖАНИЕ

1. Преглед и ключова разлика
2. Какво са C3 растения
3. Какво са C4 растения
4. Прилики между растенията C3 и C4
5. Паралелно сравнение - растения C3 срещу C4 в таблична форма
6. Резюме

Какво представляват C3 растенията?

Около 95% от растенията на земята са C3 растения. Както показва името, те осъществяват фотосинтетичен механизъм С3, който е цикъл на Калвин. Счита се, че фотосинтезата на С3 е възникнала преди близо 3,5 милиарда години. Тези растения са предимно дървесни и кръгли листни растения. При тези растения фиксирането на въглерода се извършва в клетките на мезофила, които са точно под епидермиса.

Въглеродният диоксид навлиза от атмосферата в клетките на мезофила през стомасите. Тогава започва тъмната реакция. Първата реакция е фиксирането на въглероден диоксид с Рибулоза бисфосфат във фосфоглицерат, който е три въглеродно съединение. Всъщност това е първият стабилен продукт на растенията С3. Рибулоза бисфосфат карбоксилаза (Рубиско) е ензимът, който катализира тази реакция на карбоксилиране в растенията. По същия начин цикълът на Калвин протича циклично, докато произвежда въглехидрати.

Фигура 01: C3 растения

В сравнение с C4 растенията, C3 растенията са неефективни по отношение на своя фотосинтетичен механизъм. Това е заради появата на фотореспирация в C3 растения. Фотореспирацията възниква поради оксигеназната активност на ензима Рубиско. Оксигенирането на Rubisco действа в обратна посока спрямо карбоксилирането, ефективно отменя фотосинтезата, като губи големи количества въглерод, първоначално фиксиран от цикъла на Калвин, и води до загуба на въглероден диоксид от клетките, които фиксират въглеродния двуокис. По същия начин взаимодействието с кислород и въглероден диоксид се случва на същото място на Rubisco. Тези конкуриращи се реакции обикновено протичат в съотношение 3: 1 (въглерод: кислород). По този начин е ясно, че фотореспирацията е лек стимулиран процес, който консумира кислород и отделя въглероден диоксид.

Какво представляват C4 растенията?

C4 растенията присъстват в сухи и високи температури. Приблизително 1% от растителните видове имат биохимия С4. Някои примери за растения С4 са царевицата и захарната тръстика. Както показва името, тези растения осъществяват фотосинтетичния механизъм С4. Счита се, че фотосинтезата на С4 е възникнала преди близо 12 милиона години; дълго след еволюцията на механизма С3. C4 растенията може да са по-добре адаптирани сега, тъй като сегашните нива на въглероден диоксид са много по-ниски, отколкото преди 100 милиона години.

C4 растенията са много по-ефективни при улавяне на въглероден диоксид. Освен това, фотосинтезата на С4 се открива както при монокот, така и при дикот. За разлика от растенията С3, първият стабилен продукт, образуван по време на фотосинтезата, е оксалооцетна киселина, която е четири въглеродно съединение. Най-важното е, че листата на тези растения показват специален тип анатомия, наречена „Кранцова анатомия“. Има кръг от клетъчни обвивни клетки с хлоропласти около съдови снопове, чрез които C4 растенията могат да бъдат идентифицирани.

Фигура 02: Растения С4

По този път фиксирането на въглероден диоксид става два пъти. В мезофилната клетъчна цитоплазма, СО₂ първо се фиксира с фосфоенолпируват (PEP), който действа като основен акцептор. Реакцията се катализира от PEP карбоксилазен ензим. Тогава PEP се превръща в малат и след това в пируват, освобождаващ СО₂. И, това СО₂ отново фиксира за втори път с Рибулоза бисфосфат, за да се образува 2 фосфоглицерат за провеждане на цикъла на Калвин.

Какви са приликите между растенията C3 и C4?

• Както растенията С3, така и С4 фиксират въглеродния диоксид и произвеждат въглехидрати.
• Те извършват тъмна реакция.
• Също така и двата вида растения извършват една и съща светлинна реакция.
• Освен това те имат хлоропласти за извършване на фотосинтеза.
• Техното фотосинтетично уравнение е подобно.
• Освен това, RuBP включва в тъмната реакция и на двата вида растения.
• И двете растения произвеждат фосфоглицерат.

Каква е разликата между растенията C3 и C4?

C3 растенията произвеждат фосфоглицеринова киселина като първи стабилен продукт на тъмната реакция. Това е три въглеродно съединение. От друга страна, С4 растенията произвеждат оксало-оцетна киселина като първи стабилен продукт на тъмната реакция. Това е четири въглеродно съединение. Следователно, това е ключовата разлика между растенията C3 и C4.

Освен това, фотосинтетичната ефективност на растенията С3 е по-малка от фотосинтетичната ефективност на растенията С4. Това се дължи на фотореспирацията, наблюдавана в C3 растенията, което е незначително в C4 растенията. По този начин, това е още една разлика между растенията C3 и C4. Когато се вземат предвид структурните различия, растенията С3 нямат два вида хлоропласти и анатомия на Кранц в листата. От друга страна, растенията С4 имат два вида хлоропласти и те показват анатомия на Кранц в листата. Следователно това е и разлика между растенията С3 и С4.

Освен това, допълнителна разлика между C3 и C4 растенията е, че растенията C3 фиксират въглероден диоксид само веднъж, докато C4 растенията фиксират въглеродния двуокис два пъти. Поради този факт асимилацията на С е по-малка в растенията С3, докато асимилацията на С е висока при растенията в С4. Не само това, C4 растенията могат да извършват фотосинтеза, когато стомасите са затворени и при много високи светлинни концентрации и ниски CO₂ концентрации. Въпреки това, C3 растенията не са в състояние да извършват фотосинтеза, когато стомасите са затворени и при много високи светлинни концентрации и ниски CO₂ концентрации. Следователно това също е съществена разлика между растенията С3 и С4. Освен това, C3 растенията и C4 растенията се различават от първия приемник на въглероден диоксид. RuBP е СО₂ акцептор в С3 растения, докато PEP е първият СО₂ акцептор в C4 растения.

Обобщение - C3 срещу C4 растения

С3 и С4 са два вида растения. C3 растенията са много чести, докато C4 растенията са много редки. Ключовата разлика между растенията С3 и С4 зависи от първия въглероден продукт, който те произвеждат по време на тъмната реакция. C3 растенията осъществяват цикъла на Калвин и произвеждат три въглеродни съединения като първи стабилен продукт, докато растенията C4 изпълняват механизма C4 и произвеждат четири въглеродни съединения като първи стабилен продукт. Освен това C3 растенията показват по-малко фотосинтетична ефективност, докато C4 растенията показват висока фотосинтетична ефективност. Освен това растенията С3 нямат анатомия на Кранц в листата, а също така нямат два вида хлоропласти. От друга страна, растенията C4 имат анатомия на Kranz в листата си, а също така имат два вида хлоропласти. По този начин това е обобщението на растенията С3 и С4.

справка:

1. Szczepanik, et al. „Относно механизма на междинния обмен на фотосинтеза на C 4 между мезофил на Кранц и клетъчни обвивки в треви.“ OUP Academic, Oxford University Press, 28 март 2008 г. Достъпно тук 
2. Study.com, Study.com. Налични тук 

С любезност на изображенията:

1. "Опростена схема за фотореспирация" от Рейчъл Пърдон - Собствена работа, (CC BY-SA 3.0) през Wikimedia на Commons 
2. "HatchSlackpathway2" от Аденозин (беседа) - HatchSlackpathway.svg, (CC BY-SA 2.5) през Wikimedia на Commons