Razlika med rastlinami C3 in C4
Share
The ključna razlika med rastlinami C3 in C4 je to rastline C3 tvorijo tri ogljikovo spojino kot prvi stabilen produkt temne reakcije, medtem ko rastline C4 tvorijo štiri ogljikovo spojino kot prvi stabilen produkt temne reakcije.
Fotosinteza je postopek, ki ga poganja svetloba, ki pretvarja ogljikov dioksid in vodo v energijsko bogate sladkorje v rastlinah, algah in cianobakterijah. Med svetlobno reakcijo fotosinteze pride do fotolize vodnih molekul. Zaradi fotolize vode se kisik sprošča kot stranski produkt. Po reakciji svetlobe se začne temna reakcija in sintetizira ogljikove hidrate s fiksiranjem ogljikovega dioksida. Kisik, ustvarjen s svetlobno reakcijo, pa se lahko veže na glavni encim temne reakcije, ki je RuBP oksigenaza-karboksilaza (Rubisco), in izvede fotorespiracija. Fotorespiracija je postopek, ki izgublja energijo in zmanjšuje sintezo ogljikovih hidratov. Za preprečevanje fotorespiracije torej obstajajo trije različni načini, da pri rastlinah pride do temne reakcije, da se prepreči srečanje kisika z Rubiscom. Glede na to, kako poteka temna reakcija, torej obstajajo 3 vrste rastlin; in sicer C3 rastline, C4 rastline in CAM rastline.
VSEBINA
1. Pregled in ključne razlike
2. Kaj so rastline C3
3. Kaj so C4 rastline
4. Podobnosti rastlin C3 in C4
5. Primerjava ob strani - rastline C3 proti C4 v tabeli
6. Povzetek
Kaj so rastline C3?
Približno 95% rastlin na zemlji so rastline C3. Kot že ime pove, izvajajo fotosintetski mehanizem C3, ki je Calvin cikel. Fotosinteza C3 naj bi nastala pred skoraj 3,5 milijarde let. Te rastline so večinoma lesnate in okrogle listnate rastline. V teh rastlinah se fiksacija ogljika odvija v celicah mezofila, ki so tik pod povrhnjico.
Ogljikov dioksid vstopa iz ozračja v mezofilne celice skozi stomate. Potem se začne temna reakcija. Prva reakcija je pritrditev ogljikovega dioksida z ribuloza bisfosfatom v fosfoglicerat, ki je tri ogljikova spojina. Pravzaprav je prvi stabilen izdelek rastlin C3. Ribuloza bisfosfat karboksilaza (Rubisco) je encim, ki katalizira to reakcijo karboksilacije v rastlinah. Prav tako se pri nastajanju ogljikovih hidratov ciklični cikel pojavi ciklično.
Slika 01: C3 rastline
V primerjavi s C4 rastlinami so C3 rastline neučinkovite glede svojega fotosintetskega mehanizma. Prav zaradi pojava fotorespiracije v rastlinah C3. Fotorespiracija se pojavi zaradi oksigenazne aktivnosti encima Rubisco. Oksigenacija zdravila Rubisco deluje v nasprotni smeri kot karboksilacija, učinkovito razveljavi fotosintezo z zapravljanjem velikih količin ogljika, prvotno določenega s kalvinovim ciklom, na velike stroške in povzroči izgubo ogljikovega dioksida iz celic, ki pritrjujejo ogljikov dioksid. Prav tako pride do interakcije s kisikom in ogljikovim dioksidom na istem mestu na Rubiscu. Te konkurenčne reakcije običajno potekajo v razmerju 3: 1 (ogljik: kisik). Tako je jasno, da je fotorespiracija rahlo stimuliran proces, ki porabi kisik in razvija ogljikov dioksid.
Kaj so rastline C4?
Rastline C4 so prisotne na suhih in visokotemperaturnih območjih. Približno 1% rastlinskih vrst ima biokemijo C4. Nekaj primerov rastlin C4 sta koruza in sladkorna trsa. Kot že ime pove, te rastline izvajajo fotosintetski mehanizem C4. Fotosinteza C4 naj bi nastala pred skoraj 12 milijoni let; dolgo po evoluciji mehanizma C3. C4 rastline so morda zdaj bolje prilagojene, saj so trenutne ravni ogljikovega dioksida precej nižje kot pred 100 milijoni let.
C4 rastline so veliko učinkovitejše pri zajemanju ogljikovega dioksida. Poleg tega najdemo fotosintezo C4 tako pri monokotih kot v vrstah dikota. V nasprotju s rastlinami C3 je prvi stabilen produkt, ki nastane med fotosintezo, oksaloocetna kislina, ki je štiriogljična spojina. Najpomembneje je, da listi teh rastlin prikazujejo posebno vrsto anatomije, imenovano "Kranzova anatomija". Obstaja krog snopnih ovojnih celic s kloroplasti okoli vaskularnih snopov, s pomočjo katerih je mogoče prepoznati rastline C4.
Slika 02: C4 rastline
Na tej poti se dvakrat pojavi fiksacija ogljikovega dioksida. V citoplazmi celic mezofila, CO2 najprej pritrdi s fosfoenolpiruvatom (PEP), ki deluje kot primarni akceptor. Reakcija katalizira encim PEP karboksilaza. Nato se PEP pretvori v malat in nato v piruvat, ki sprošča CO2. In, ta CO2 spet fiksira z Ribulose bisfosfatom, da tvori 2 fosfoglicerata za izvajanje kalvinovega cikla.
Kakšne so podobnosti med rastlinami C3 in C4?
- Tako rastline C3 kot C4 fiksirata ogljikov dioksid in proizvajata ogljikove hidrate.
- Izvedejo temno reakcijo.
- Tudi obe vrsti rastlin izvajata isto svetlobno reakcijo.
- Poleg tega imajo kloroplaste za izvajanje fotosinteze.
- Njihova fotosintetska enačba je podobna.
- Poleg tega RuBP vključuje temno reakcijo obeh vrst rastlin.
- Obe rastlini proizvajata fosfoglicerat.
Kakšna je razlika med rastlinami C3 in C4?
Rastline C3 proizvajajo fosfoglicerinsko kislino kot prvi stabilen produkt temne reakcije. Je tri ogljikova spojina. Po drugi strani rastline C4 proizvajajo oksalo-ocetno kislino kot prvi stabilen produkt temne reakcije. Je štiri ogljikova spojina. Zato je to ključna razlika med rastlinami C3 in C4.
Poleg tega je fotosintetska učinkovitost rastlin C3 manjša od fotosintetske učinkovitosti rastlin C4. To je posledica fotorespiracije, ki jo opazimo v rastlinah C3, kar je pri rastlinah C4 zanemarljivo. Tako je še ena razlika med rastlinami C3 in C4. Ob upoštevanju strukturnih razlik rastline C3 nimajo dveh vrst kloroplastov in Kranzove anatomije v listih. Po drugi strani imajo rastline C4 dve vrsti kloroplastov in v listih prikazujejo Kranzovo anatomijo. Zato je tudi razlika med rastlinami C3 in C4.
Poleg tega je dodatna razlika med rastlinami C3 in C4 ta, da rastline C3 fiksirajo ogljikov dioksid le enkrat, medtem ko rastline C4 dvakrat pritrjujejo ogljikov dioksid. Zaradi tega dejstva je asimilacija C manjša v rastlinah C3, medtem ko je asimilacija C v rastlinah C4 velika. Ne samo to, C4 rastline lahko izvajajo fotosintezo, ko so želodci zaprti in pod zelo visokimi svetlobnimi koncentracijami in nizkimi CO2 koncentracije. Vendar rastline C3 ne morejo izvesti fotosinteze, ko so želodci zaprti in pod zelo visokimi svetlobnimi koncentracijami in nizkimi CO2 koncentracije. Zato je tudi to bistvena razlika med rastlinami C3 in C4. Poleg tega se rastline C3 in rastline C4 razlikujejo od prvega sprejemnika ogljikovega dioksida. RuBP je CO2 akceptor v C3 rastlinah, medtem ko je PEP prvi CO2 akceptor v C4 rastlinah.
Povzetek - C3 proti C4 rastlinam
C3 in C4 sta dve vrsti rastlin. C3 rastline so zelo pogoste, C4 rastline pa zelo redke. Ključna razlika med rastlinami C3 in C4 je odvisna od prvega ogljikovega produkta, ki ga ustvarijo med temno reakcijo. C3 rastline izvajajo ciklus Calvin in proizvajajo tri ogljikove spojine kot prvi stabilen izdelek, C4 naprave pa C4 mehanizem in proizvajajo štiri ogljikove spojine kot prvi stabilen izdelek. Poleg tega rastline C3 kažejo manj fotosintetske učinkovitosti, medtem ko rastline C4 kažejo visoko fotosintetsko učinkovitost. Poleg tega rastline C3 nimajo Kranzove anatomije v listih in prav tako nimajo dveh vrst kloroplastov. Po drugi strani imajo rastline C4 v svojih listih anatomijo Kranza, prav tako pa imajo dve vrsti kloroplastov. Tako je to povzetek rastlin C3 in C4.
Referenca:
1. Szczepanik, et al. "O mehanizmu vmesne izmenjave fotosinteze C 4 med celicami Kranzovega mezofila in snopom v travah." OUP Academic, Oxford University Press, 28. marca 2008. Na voljo tukaj
2. Study.com, Study.com. Na voljo tukaj
Vljudnost slik:
1. "Poenostavljeni fotorespiracijski diagram" Rachel Purdon - Lastno delo, (CC BY-SA 3.0) prek Commons Wikimedia
2. "HatchSlackpathway2" avtor Adenosine (pogovori) - HatchSlackpathway.svg, (CC BY-SA 2.5) prek Commons Wikimedia
