Ключовата разлика между растенията C3 и C4 е, че растенията C3 образуват съединение с три въглерода като първия стабилен продукт на тъмната реакция, докато растенията C4 образуват съединение с четири въглерода като първия стабилен продукт на тъмна реакция.
Фотосинтезата е процес, управляван от светлина, който превръща въглеродния диоксид и водата в богати на енергия захари в растения, водорасли и цианобактерии. По време на светлинната реакция на фотосинтезата настъпва фотолиза на водните молекули. В резултат на фотолизата на водата се отделя кислород като страничен продукт. След светлинната реакция започва тъмната реакция и тя синтезира въглехидрати чрез фиксиране на въглероден диоксид. Въпреки това, кислородът, генериран от светлинната реакция, може да се свърже с основния ензим на тъмната реакция, който е RuBP оксигеназа-карбоксилаза (Rubisco) и да извърши фотодишане. Фотодишането е процес, който губи енергия и намалява синтеза на въглехидрати. Следователно, за да се предотврати фотодишането, има три различни начина, по които се появява тъмна реакция в растенията, за да се предотврати срещата на кислород с Rubisco. Следователно, в зависимост от начина, по който протича тъмната реакция, има 3 вида растения; а именно C3 растения, C4 растения и CAM растения.
Какво представляват растенията C3?
Около 95% от растенията на земята са C3 растения. Както подсказва името, те осъществяват С3 фотосинтетичен механизъм, който е цикъл на Калвин. Смята се, че C3 фотосинтезата е възникнала преди близо 3,5 милиарда години. Тези растения са предимно дървесни и кръглолистни растения. В тези растения въглеродната фиксация се извършва в мезофилните клетки, които са точно под епидермиса.
Въглеродният диоксид навлиза от атмосферата в мезофилните клетки през устицата. Тогава започва тъмната реакция. Първата реакция е фиксирането на въглероден диоксид с рибулозен бифосфат във фосфоглицерат, който е тривъглеродно съединение. Всъщност това е първият стабилен продукт на заводите C3. Рибулозобифосфат карбоксилазата (Rubisco) е ензимът, който катализира тази реакция на карбоксилиране в растенията. По същия начин цикълът на Калвин се случва циклично, докато се произвеждат въглехидрати.
Фигура 01: Растения C3
В сравнение с растенията C4, растенията C3 са неефективни по отношение на техния фотосинтетичен механизъм. Това се дължи на появата на фотодишане в С3 растения. Фотодишането възниква поради оксигеназната активност на ензима Rubisco. Оксигенирането на Rubisco действа в обратна посока на карбоксилирането, ефективно отменя фотосинтезата чрез загуба на големи количества въглерод, първоначално фиксиран от цикъла на Калвин, с големи разходи, и води до загуба на въглероден диоксид от клетките, които фиксират въглеродния диоксид. По същия начин взаимодействието с кислорода и въглеродния диоксид се случва на едно и също място на Rubisco. Тези конкуриращи се реакции обикновено протичат в съотношение 3:1 (въглерод:кислород). По този начин е ясно, че фотодишането е процес, стимулиран от светлина, който консумира кислород и отделя въглероден диоксид.
Какво представляват растенията C4?
Растенията C4 присъстват в сухи и високотемпературни зони. Приблизително 1% от растителните видове имат биохимия C4. Някои примери за растения C4 са царевица и захарна тръстика. Както подсказва името, тези растения осъществяват фотосинтетичния механизъм C4. Смята се, че C4 фотосинтезата е възникнала преди близо 12 милиона години; дълго след еволюцията на механизма C3. C4 растенията може да са по-добре адаптирани сега, тъй като настоящите нива на въглероден диоксид са много по-ниски от преди 100 милиона години.
C4 растенията са много по-ефективни при улавянето на въглероден диоксид. Освен това фотосинтезата на C4 се среща както при едносемеделни, така и при двусемеделни видове. За разлика от C3 растенията, първият стабилен продукт, образуван по време на фотосинтезата, е оксалооцетната киселина, която е съединение с четири въглерода. Най-важното е, че листата на тези растения показват специален тип анатомия, наречена „Анатомия на Кранц“. Има кръг от снопови обвивни клетки с хлоропласти около съдови снопове, по които могат да бъдат идентифицирани C4 растенията.
Фигура 02: Растения C4
По този път фиксирането на въглероден диоксид се извършва два пъти. В цитоплазмата на мезофилната клетка CO2 първо се фиксира с фосфоенолпируват (PEP), който действа като първичен акцептор. Реакцията се катализира от ензима PEP карбоксилаза. След това PEP се превръща в малат и след това в пируват, освобождаващ CO2 И този CO2 отново се фиксира за втори път с Рибулозен бифосфат, за да образува 2 фосфоглицерат за провеждане на цикъла на Калвин.
Какви са приликите между растенията C3 и C4?
- И двете растения C3 и C4 фиксират въглеродния диоксид и произвеждат въглехидрати.
- Те извършват тъмна реакция.
- Освен това и двата вида растения извършват една и съща светлинна реакция.
- Освен това те имат хлоропласти за извършване на фотосинтеза.
- Тяхното фотосинтетично уравнение е подобно.
- Освен това RuBP включва тъмната реакция и на двата вида растения.
- И двете растения произвеждат фосфоглицерат.
Каква е разликата между растения C3 и C4?
Растенията C3 произвеждат фосфоглицеринова киселина като първия стабилен продукт от тъмната реакция. Това е съединение с три въглерода. От друга страна, C4 растенията произвеждат оксало-оцетна киселина като първия стабилен продукт от тъмната реакция. Това е съединение с четири въглерода. Следователно това е ключовата разлика между растенията C3 и C4.
Освен това фотосинтетичната ефективност на C3 растенията е по-малка от фотосинтетичната ефективност на C4 растенията. Дължи се на фотодишането, наблюдавано в растенията C3, което е незначително в растенията C4. По този начин това е друга разлика между растенията C3 и C4. Когато се вземат предвид структурните разлики, растенията C3 нямат два вида хлоропласти и анатомия на Кранц в листата. От друга страна, растенията C4 имат два вида хлоропласти и показват анатомията на Кранц в листата. Следователно това също е разлика между растения C3 и C4.
Освен това, допълнителна разлика между растенията C3 и C4 е, че растенията C3 фиксират въглеродния диоксид само веднъж, докато растенията C4 фиксират въглеродния диоксид два пъти. Поради този факт асимилацията на C е по-малка в растенията C3, докато асимилацията на C е висока в растенията C4. Не само това, C4 растенията могат да извършват фотосинтеза, когато устицата са затворени и при много високи концентрации на светлина и ниски CO2 концентрации. Въпреки това, C3 растенията не са в състояние да извършват фотосинтеза, когато устицата са затворени и при много високи концентрации на светлина и ниски CO2 концентрации. Следователно това също е значителна разлика между растенията C3 и C4. Освен това растенията C3 и растенията C4 се различават от първия акцептор на въглероден диоксид. RuBP е CO2 акцептор в C3 растения, докато PEP е първият CO2 акцептор в C4 растения.
Обобщение – C3 срещу C4 растения
C3 и C4 са два вида растения. C3 растенията са много често срещани, докато C4 растенията са много редки. Ключовата разлика между растенията C3 и C4 зависи от първия въглероден продукт, който произвеждат по време на тъмната реакция. С3 растенията изпълняват цикъла на Калвин и произвеждат три въглеродни съединения като първия стабилен продукт, докато С4 растенията изпълняват С4 механизъм и произвеждат четири въглеродни съединения като първия стабилен продукт. Освен това растенията C3 показват по-малка фотосинтетична ефективност, докато растенията C4 показват висока фотосинтетична ефективност. Освен това растенията C3 нямат анатомия на Кранц в листата, а също така нямат два вида хлоропласти. От друга страна, растенията C4 имат анатомия на Кранц в листата си и също имат два вида хлоропласти. Така това е обобщението на растенията C3 и C4.
