Põhiline erinevus C3- ja C4-taimede vahel on see, et C3-taimed moodustavad pimeda reaktsiooni esimese stabiilse produktina kolmesüsinikulise ühendi, samas kui C4-taimed moodustavad taimede esimese stabiilse produktina neljasüsinikulise ühendi. tume reaktsioon.
Fotosüntees on valguse juhitav protsess, mis muudab süsihappegaasi ja vee taimedes, vetikates ja sinivetikates energiarikasteks suhkruteks. Fotosünteesi valgusreaktsiooni käigus toimub veemolekulide fotolüüs. Vee fotolüüsi tulemusena vabaneb kõrvalsaadusena hapnik. Pärast valgusreaktsiooni algab tume reaktsioon ja sünteesib süsihappegaasi fikseerides süsivesikuid. Valgusreaktsioonist tekkiv hapnik võib aga seonduda pimeda reaktsiooni peamise ensüümiga, milleks on RuBP oksügenaas-karboksülaas (Rubisco) ja teostada fotohingamist. Fotohingamine on protsess, mis raiskab energiat ja vähendab süsivesikute sünteesi. Seetõttu on fotohingamise vältimiseks kolm erinevat viisi, kuidas taimedes toimub tume reaktsioon, et vältida hapniku kohtumist Rubiscoga. Seega, olenev alt viisist, kuidas tume reaktsioon toimub, on 3 tüüpi taimi; nimelt C3 taimed, C4 taimed ja CAM taimed.
Mis on C3 taimed?
Umbes 95% maakera taimedest on C3 taimed. Nagu nimigi ütleb, teostavad nad C3 fotosünteesimehhanismi, mis on Calvini tsükkel. Arvatakse, et C3 fotosüntees tekkis peaaegu 3,5 miljardit aastat tagasi. Need taimed on enamasti puit- ja ümarlehelised taimed. Nendes taimedes toimub süsiniku sidumine mesofüllirakkudes, mis asuvad vahetult epidermise all.
Süsinikdioksiid siseneb atmosfäärist stoomi kaudu mesofüllirakkudesse. Siis algab tume reaktsioon. Esimene reaktsioon on süsinikdioksiidi fikseerimine ribuloosbisfosfaadiga fosfoglütseraadiks, mis on kolme süsiniku ühend. Tegelikult on see C3 tehaste esimene stabiilne toode. Ribuloosbisfosfaatkarboksülaas (Rubisco) on ensüüm, mis katalüüsib seda karboksüülimisreaktsiooni taimedes. Samamoodi toimub Calvini tsükkel süsivesikute tootmisel tsükliliselt.
Joonis 01: C3 taimed
Võrreldes C4 taimedega on C3 taimed oma fotosünteesimehhanismi osas ebaefektiivsed. Selle põhjuseks on fotorespiratsiooni esinemine C3 taimedes. Fotohingamine toimub Rubisco ensüümi oksügenaasi aktiivsuse tõttu. Rubisco hapnikuga varustamine toimib karboksüülimisele vastupidises suunas, tühistab tõhus alt fotosünteesi, raiskades suurel hulgal algselt Calvini tsükliga fikseeritud süsinikku, ja põhjustab süsinikdioksiidi kadu süsinikdioksiidi fikseerivatest rakkudest. Samamoodi toimub koostoime hapniku ja süsinikdioksiidiga Rubisco samas kohas. Need konkureerivad reaktsioonid kulgevad tavaliselt vahekorras 3:1 (süsinik: hapnik). Seega on selge, et fotohingamine on valguse poolt stimuleeritud protsess, mis tarbib hapnikku ja eraldab süsinikdioksiidi.
Mis on C4 taimed?
C4 taimed esinevad kuivades ja kõrge temperatuuriga piirkondades. Ligikaudu 1% taimeliikidest on C4 biokeemiaga. Mõned C4 taimede näited on mais ja suhkruroog. Nagu nimigi ütleb, teostavad need taimed C4 fotosünteesimehhanismi. Arvatakse, et C4 fotosüntees tekkis peaaegu 12 miljonit aastat tagasi; kaua pärast C3 mehhanismi arengut. C4 tehased võivad praegu paremini kohanduda, kuna praegune süsinikdioksiidi tase on palju madalam kui 100 miljonit aastat tagasi.
C4 taimed püüavad süsinikdioksiidi palju tõhusam alt kinni. Lisaks leidub C4 fotosünteesi nii üheidu- kui ka kaheiduidulistel liikidel. Erinev alt C3 taimedest on esimene fotosünteesi käigus tekkiv stabiilne toode oksaloäädikhape, mis on nelja süsiniku ühend. Kõige tähtsam on see, et nende taimede lehtedel on eriline anatoomia, mida nimetatakse "Kranzi anatoomiaks". Vaskulaarsete kimpude ümber on kloroplastidega kimbukest rakud, mille järgi saab tuvastada C4 taimi.
Joonis 02: C4 taimed
Sellel rajal toimub süsinikdioksiidi sidumine kaks korda. Mesofüllirakkude tsütoplasmas fikseerib CO2 esm alt fosfoenoolpüruvaadiga (PEP), mis toimib esmase aktseptorina. Reaktsiooni katalüüsib ensüüm PEP karboksülaas. Seejärel muundub PEP malaadiks ja seejärel püruvaadiks, vabastades CO2 Ja see CO2paraneb teist korda ribuloosbisfosfaadiga, moodustades 2. fosfoglütseraat Calvini tsükli läbiviimiseks.
Millised on C3 ja C4 taimede sarnasused?
- Nii C3 kui ka C4 taimed seovad süsinikdioksiidi ja toodavad süsivesikuid.
- Nad viivad läbi tumeda reaktsiooni.
- Samuti annavad mõlemat tüüpi taimed sama valgusreaktsiooni.
- Lisaks on neil fotosünteesi läbiviimiseks kloroplastid.
- Nende fotosünteesivõrrand on sarnane.
- Lisaks osaleb RuBP mõlemat tüüpi taimede pimedas reaktsioonis.
- Mõlemad taimed toodavad fosfoglütseraati.
Mis vahe on C3 ja C4 taimede vahel?
C3 taimed toodavad pimeda reaktsiooni esimese stabiilse produktina fosfoglütserhapet. See on kolme süsiniku ühend. Teisest küljest toodavad C4 taimed pimeda reaktsiooni esimese stabiilse produktina oksaloäädikhapet. See on nelja süsiniku ühend. Seetõttu on see peamine erinevus C3 ja C4 tehaste vahel.
Lisaks on C3 taimede fotosünteesi efektiivsus väiksem kui C4 taimede fotosünteesi efektiivsus. See on tingitud C3 taimedes täheldatud fotohingamisest, mis on C4 taimede puhul tühine. Seega on see veel üks erinevus C3 ja C4 taimede vahel. Struktuurilisi erinevusi arvesse võttes ei ole C3 taimedel lehtedes kahte tüüpi kloroplaste ja Kranzi anatoomiat. Teisest küljest on C4 taimedel kahte tüüpi kloroplaste ja neil on lehtedes Kranzi anatoomia. Seega on see erinevus ka C3 ja C4 taimede vahel.
Lisaks on C3- ja C4-jaamade erinevus veel selles, et C3-tehased fikseerivad süsinikdioksiidi ainult üks kord, samas kui C4-tehased fikseerivad süsinikdioksiidi kaks korda. Selle asjaolu tõttu on C-assimilatsioon C3-taimedes väiksem, samas kui C-assimilatsioon on C4-taimedes kõrge. Vähe sellest, C4 taimed saavad fotosünteesi läbi viia, kui stoomid on suletud ja väga kõrge valguskontsentratsiooni ja madala CO2 kontsentratsiooni korral. Kuid C3 taimed ei suuda fotosünteesi läbi viia, kui stomata on suletud ja väga kõrge valguskontsentratsiooni ja madala CO2 kontsentratsiooni korral. Seetõttu on see ka oluline erinevus C3 ja C4 taimede vahel. Lisaks erinevad C3 taimed ja C4 taimed esimesest süsinikdioksiidi aktseptorist. RuBP on CO2 C3 tehastes, samas kui PEP on esimene CO2 aktseptor C4 tehastes.
Kokkuvõte – C3 vs C4 taimed
C3 ja C4 on kahte tüüpi taimi. C3 taimed on väga levinud, samas kui C4 taimed on väga haruldased. Peamine erinevus C3 ja C4 taimede vahel sõltub esimesest süsinikuproduktist, mille nad toodavad pimedas reaktsioonis. C3 tehased viivad läbi Calvini tsükli ja toodavad esimese stabiilse tootena kolme süsinikuühendit, samas kui C4 tehased kasutavad C4 mehhanismi ja toodavad esimese stabiilse tootena nelja süsinikuühendit. Lisaks näitavad C3 taimed vähem fotosünteesi efektiivsust, samas kui C4 taimed näitavad kõrget fotosünteesi efektiivsust. Pealegi pole C3 taimede lehtedes Kranzi anatoomiat ja neil pole ka kahte tüüpi kloroplaste. Teisest küljest on C4 taimede lehtedes Kranzi anatoomia ja neil on ka kahte tüüpi kloroplaste. Seega on see C3 ja C4 taimede kokkuvõte.
