Pagrindinis skirtumas tarp C3 ir C4 augalų yra tas, kad C3 augalai sudaro trijų anglių junginį kaip pirmąjį stabilų tamsiosios reakcijos produktą, o C4 augalai sudaro keturių anglies junginį kaip pirmąjį stabilų augalo produktą. tamsi reakcija.
Fotosintezė yra šviesos varomas procesas, kurio metu anglies dioksidas ir vanduo paverčiami daug energijos turinčiais cukrumi augaluose, dumbliuose ir cianobakterijose. Fotosintezės šviesos reakcijos metu vyksta vandens molekulių fotolizė. Dėl vandens fotolizės kaip šalutinis produktas išsiskiria deguonis. Po šviesos reakcijos prasideda tamsioji reakcija ir ji sintezuoja angliavandenius, fiksuodama anglies dioksidą. Tačiau šviesos reakcijos metu susidaręs deguonis gali jungtis su pagrindiniu tamsiosios reakcijos fermentu, kuris yra RuBP oksigenazė-karboksilazė (Rubisco), ir atlikti fotokvėpavimą. Fotokvėpavimas yra procesas, kuris eikvoja energiją ir mažina angliavandenių sintezę. Todėl, siekiant išvengti fotokvėpavimo, yra trys skirtingi būdai, kaip augaluose įvyksta tamsi reakcija, kad deguonis nesusidurtų su Rubisco. Taigi, priklausomai nuo to, kaip vyksta tamsioji reakcija, yra 3 augalų rūšys; būtent C3, C4 ir CAM gamyklos.
Kas yra C3 augalai?
Apie 95 % augalų žemėje yra C3 augalai. Kaip rodo pavadinimas, jie vykdo C3 fotosintezės mechanizmą, kuris yra Kalvino ciklas. Manoma, kad C3 fotosintezė atsirado prieš beveik 3,5 mlrd. Šie augalai dažniausiai yra sumedėję ir apvalialapiai augalai. Šiuose augaluose anglis fiksuojama mezofilo ląstelėse, esančiose tiesiai po epidermiu.
Anglies dioksidas iš atmosferos į mezofilo ląsteles patenka per stomatą. Tada prasideda tamsi reakcija. Pirmoji reakcija yra anglies dioksido fiksavimas su Ribulozės bisfosfatu į fosfogliceratą, kuris yra trijų anglies junginys. Tiesą sakant, tai pirmasis stabilus C3 gamyklų produktas. Ribulozės bisfosfato karboksilazė (Rubisco) yra fermentas, katalizuojantis šią karboksilinimo reakciją augaluose. Taip pat Kalvino ciklas vyksta cikliškai gaminant angliavandenius.
01 pav.: C3 augalai
Palyginti su C4 augalais, C3 augalai yra neefektyvūs dėl savo fotosintezės mechanizmo. Taip yra dėl fotorespiracijos atsiradimo C3 augaluose. Fotokvėpavimas vyksta dėl Rubisco fermento oksigenazės aktyvumo. Rubisco deguonimi veikia priešinga kryptimi nei karboksilinimas, efektyviai panaikina fotosintezę, išeikvodama didelius anglies kiekius, iš pradžių fiksuotą Calvin ciklo metu, ir dėl to anglies dioksidą fiksuojančiose ląstelėse prarandamas anglies dioksidas. Taip pat sąveika su deguonimi ir anglies dioksidu vyksta toje pačioje Rubisco vietoje. Šios konkuruojančios reakcijos paprastai vyksta santykiu 3:1 (anglis: deguonis). Taigi akivaizdu, kad fotokvėpavimas yra šviesos stimuliuojamas procesas, kuris sunaudoja deguonį ir išskiria anglies dioksidą.
Kas yra C4 augalai?
C4 augalų yra sausose ir aukštos temperatūros vietose. Maždaug 1% augalų rūšių turi C4 biochemiją. Kai kurie C4 augalų pavyzdžiai yra kukurūzai ir cukranendrės. Kaip rodo pavadinimas, šie augalai vykdo C4 fotosintezės mechanizmą. Manoma, kad C4 fotosintezė atsirado beveik prieš 12 milijonų metų; ilgai po C3 mechanizmo evoliucijos. C4 gamyklos dabar gali būti geriau pritaikytos, nes dabartinis anglies dioksido lygis yra daug mažesnis nei prieš 100 milijonų metų.
C4 augalai daug efektyviau sulaiko anglies dioksidą. Be to, C4 fotosintezė randama tiek vienaląsčių, tiek dviskilčių rūšyse. Priešingai nei C3 augalai, pirmasis stabilus produktas, susidarantis fotosintezės metu, yra oksaloacto rūgštis, kuri yra keturių anglies junginys. Svarbiausia, kad šių augalų lapai turi ypatingą anatomijos tipą, vadinamą „Kranz anatomija“. Aplink kraujagyslių ryšulius yra ryšulio apvalkalo ląstelių ratas su chloroplastais, pagal kuriuos galima atpažinti C4 augalus.
02 paveikslas: C4 augalai
Šiuo būdu anglies dioksidas fiksuojamas du kartus. Mezofilo ląstelių citoplazmoje CO2 pirmiausia fiksuojasi su fosfoenolpiruvatu (PEP), kuris veikia kaip pagrindinis akceptorius. Reakciją katalizuoja fermentas PEP karboksilazė. Tada PEP virsta malatu, o po to piruvatu, išlaisvinančiu CO2 Ir šis CO2vėl pasitaiso antrą kartą naudojant Ribulozės bisfosfatą, kad susidarytų 2 fosfogliceratas Kalvino ciklui atlikti.
Kokie yra C3 ir C4 augalų panašumai?
- Tiek C3, tiek C4 augalai fiksuoja anglies dioksidą ir gamina angliavandenius.
- Jie vykdo tamsią reakciją.
- Be to, abiejų tipų augalai vykdo tą pačią šviesos reakciją.
- Be to, jie turi chloroplastų fotosintezei atlikti.
- Jų fotosintezės lygtis panaši.
- Be to, RuBP dalyvauja tamsioje abiejų tipų augalų reakcijoje.
- Abu augalai gamina fosfogliceratą.
Kuo skiriasi C3 ir C4 augalai?
C3 augalai gamina fosfoglicerino rūgštį kaip pirmąjį stabilų tamsiosios reakcijos produktą. Tai trijų anglies junginys. Kita vertus, C4 augalai gamina oksalo acto rūgštį kaip pirmąjį stabilų tamsiosios reakcijos produktą. Tai keturių anglies junginys. Todėl tai yra pagrindinis skirtumas tarp C3 ir C4 gamyklų.
Be to, C3 augalų fotosintezės efektyvumas yra mažesnis nei C4 augalų fotosintezės efektyvumas. Taip yra dėl C3 augaluose matomo fotokvėpavimo, kuris C4 augaluose yra nereikšmingas. Taigi tai dar vienas skirtumas tarp C3 ir C4 augalų. Atsižvelgiant į struktūrinius skirtumus, C3 augalai neturi dviejų tipų chloroplastų ir Kranz anatomijos lapuose. Kita vertus, C4 augalai turi dviejų tipų chloroplastus ir lapuose rodo Kranzo anatomiją. Taigi tai taip pat skiriasi tarp C3 ir C4 augalų.
Be to, dar vienas skirtumas tarp C3 ir C4 įrenginių yra tas, kad C3 įrenginiai anglies dioksidą fiksuoja tik vieną kartą, o C4 – du kartus. Dėl šio fakto C3 augaluose C asimiliacija yra mažesnė, o C4 augaluose C asimiliacija yra didelė. Negana to, C4 augalai gali vykdyti fotosintezę, kai stomos yra uždarytos, esant labai didelei šviesos koncentracijai ir mažai CO2 koncentracijai. Tačiau C3 augalai negali atlikti fotosintezės, kai stomos yra uždarytos ir esant labai didelei šviesos koncentracijai ir mažai CO2 koncentracijai. Todėl tai taip pat yra reikšmingas skirtumas tarp C3 ir C4 augalų. Be to, C3 ir C4 augalai skiriasi nuo pirmojo anglies dioksido akceptoriaus. RuBP yra CO2 akceptorius C3 gamyklose, o PEP yra pirmasis CO2 akceptorius C4 gamyklose.
Santrauka – C3 ir C4 augalai
C3 ir C4 yra dviejų tipų augalai. C3 augalai yra labai dažni, o C4 augalai yra labai reti. Pagrindinis skirtumas tarp C3 ir C4 augalų priklauso nuo pirmojo anglies produkto, kurį jie pagamina tamsiosios reakcijos metu. C3 gamyklos vykdo Calvin ciklą ir gamina trijų anglies junginį kaip pirmąjį stabilų produktą, o C4 gamyklos vykdo C4 mechanizmą ir gamina keturių anglies junginį kaip pirmąjį stabilų produktą. Be to, C3 augalai pasižymi mažesniu fotosintezės efektyvumu, o C4 augalai pasižymi dideliu fotosintezės efektyvumu. Be to, C3 augalai neturi Kranz anatomijos lapuose, taip pat jie neturi dviejų tipų chloroplastų. Kita vertus, C4 augalų lapuose yra Kranz anatomija, taip pat yra dviejų tipų chloroplastų. Taigi, tai yra C3 ir C4 augalų santrauka.
