Ero C3- ja C4-kasveissa
Share
avainero C3- ja C4-kasvien välillä on se C3-kasvit muodostavat kolmen hiilen yhdisteen tumman reaktion ensimmäisenä pysyvänä tuotteena, kun taas C4-kasvit muodostavat neljän hiilen yhdisteen tumman reaktion ensimmäisenä stabiilina tuotteena.
Fotosynteesi on valovetoinen prosessi, joka muuntaa hiilidioksidin ja veden energiarikasiksi sokereiksi kasveissa, levässä ja syanobakteereissa. Fotosynteesin kevyen reaktion aikana tapahtuu vesimolekyylien fotolyysi. Veden fotolyysin seurauksena happi vapautuu sivutuotteena. Kevyen reaktion jälkeen tumma reaktio alkaa ja se syntetisoi hiilihydraatteja kiinnittämällä hiilidioksidia. Kevyestä reaktiosta syntyvä happi voi kuitenkin sitoutua tumman reaktion pääentsyymiin, joka on RuBP-oksygenaasikarboksylaasi (Rubisco), ja suorittaa valohengitystä. Fotorespiraatio on prosessi, joka tuhlaa energiaa ja vähentää hiilihydraattien synteesiä. Siksi valonhengityksen estämiseksi on kolme eri tapaa, joilla tumma reaktio tapahtuu kasveissa estämään hapen tapaaminen Rubiscon kanssa. Tästä syystä, riippuen tumman reaktion tapauksesta, kasveja on 3 tyyppiä; nimittäin C3-kasvit, C4-kasvit ja CAM-kasvit.
SISÄLLYS
1. Yleiskatsaus ja keskeiset erot
2. Mitä ovat C3-kasvit?
3. Mitä ovat C4-kasvit?
4. Yhdenmukaisuudet C3- ja C4-kasvien välillä
5. Vertailu rinnakkain - C3 vs. C4 kasvit taulukkomuodossa
6. Yhteenveto
Mitä ovat C3-kasvit??
Noin 95% maan kasveista on C3-kasveja. Kuten nimi osoittaa, he suorittavat C3-fotosynteettisen mekanismin, joka on Calvin-sykli. C3-fotosynteesin uskotaan syntyneen lähes 3,5 miljardia vuotta sitten. Nämä kasvit ovat enimmäkseen puumaisia ja pyöreitä lehtiä. Näissä kasveissa hiilen kiinnittyminen tapahtuu mesofyllisoluissa, jotka ovat juuri orvaskeden alla.
Hiilidioksidi saapuu ilmakehästä mesofyllisoluihin stoman kautta. Sitten pimeä reaktio alkaa. Ensimmäinen reaktio on hiilidioksidin kiinnittäminen ribuloosibisfosfaatilla fosfoglyseraattiin, joka on kolmen hiilen yhdiste. Itse asiassa se on C3-kasvien ensimmäinen vakaa tuote. Ribuloosibisfosfaattikarboksylaasi (Rubisco) on entsyymi, joka katalysoi tätä karboksyloitumisreaktiota kasveissa. Samoin Calvin-sykli tapahtuu syklisesti tuottaen samalla hiilihydraatteja.
Kuva 01: C3-kasvit
C4-kasveihin verrattuna C3-kasvit ovat tehottomia fotosynteettisen mekanismin suhteen. Se johtuu valonhengityksestä C3-kasveissa. Fotorespiraatio tapahtuu Rubisco-entsyymin oksygenaasiaktiivisuuden takia. Rubiscon hapetus toimii vastakkaiseen suuntaan kuin karboksylaatio, poistaa tehokkaasti fotosynteesin tuhlaamalla suuria määriä hiiltä, jotka alun perin oli kiinnitetty Calvin-kiertoon suurilla kustannuksilla, ja johtaa hiilidioksidin menetykseen soluista, jotka kiinnittävät hiilidioksidia. Samoin vuorovaikutus hapen ja hiilidioksidin kanssa tapahtuu samassa paikassa Rubiscossa. Nämä kilpailevat reaktiot suoritetaan normaalisti suhteessa 3: 1 (hiili: happi). Siten on selvää, että valonsisäys on kevyesti stimuloitu prosessi, joka kuluttaa happea ja kehittää hiilidioksidia.
Mitä ovat C4-kasvit??
C4-kasveja esiintyy kuivissa ja korkeissa lämpötiloissa. Noin 1% kasvilajeista on C4-biokemia. Joitakin esimerkkejä C4-kasveista ovat maissi ja sokeriruoko. Kuten nimi osoittaa, nämä kasvit suorittavat C4-fotosynteesimekanismin. C4-fotosynteesin uskotaan tapahtuneen lähes 12 miljoonaa vuotta sitten; kauan C3-mekanismin kehityksen jälkeen. C4-kasveja voidaan mukauttaa paremmin nyt, koska nykyiset hiilidioksiditasot ovat paljon alhaisemmat kuin 100 miljoonaa vuotta sitten.
C4-kasvit ovat paljon tehokkaampia sieppaamaan hiilidioksidia. Lisäksi C4-fotosynteesiä esiintyy sekä yksisirkkaisissa että kaksisirkkaisissa lajeissa. Toisin kuin C3-kasveja, ensimmäinen fotosynteesin aikana muodostunut vakaa tuote on oksoetikkahappo, joka on neljähiilinen yhdiste. Tärkeintä on, että näiden kasvien lehdet osoittavat erityisen anatomian, nimeltään “Kranz Anatomy”. Vaskulaaristen kimppujen ympärillä on ympyrä kimppuvaippasoluja, joissa on kloroplasti, joiden avulla C4-kasvit voidaan tunnistaa.
Kuva 02: C4-kasvit
Tällä reitillä hiilidioksidin kiinnitys tapahtuu kahdesti. Mesofyllisolujen sytoplasmassa, CO2 ensin kiinnittyy fosfoenolipyruvaatilla (PEP), joka toimii ensisijaisena vastaanottajana. Reaktiota katalysoi PEP-karboksylaasientsyymi. Sitten PEP muuttuu malaattiseksi ja sitten pyruvaatiksi vapauttavaksi CO: ksi2. Ja tämä CO2 kiinnittyy jälleen toisen kerran ribuloosibisfosfaatilla, jotta muodostuu 2 fosfoglyseraattia Calvin-syklin suorittamiseksi.
Mitkä ovat samankaltaisuudet C3- ja C4-kasvien välillä?
- Sekä C3- että C4-kasvit kiinnittävät hiilidioksidia ja tuottavat hiilihydraatteja.
- He suorittavat pimeän reaktion.
- Myös molemmat kasvityypit suorittavat saman valoreaktion.
- Lisäksi heillä on kloroplastit fotosynteesin suorittamiseksi.
- Heidän fotosynteettinen yhtälö on samanlainen.
- Lisäksi RuBP sisältää molemmat tyyppiset kasvit pimeässä reaktiossa.
- Molemmat kasvit tuottavat fosfoglyseraattia.
Mitä eroa C3- ja C4-kasveilla on??
C3-kasvit tuottavat fosforiglyseriinihappoa tumman reaktion ensimmäisenä stabiilina tuotteena. Se on kolmen hiilen yhdiste. Toisaalta C4-kasvit tuottavat oksaloetikkahappoa pimeän reaktion ensimmäisenä vakaana tuotteena. Se on neljän hiilen yhdiste. Siksi tämä on avainero C3- ja C4-kasvien välillä.
Lisäksi C3-kasvien fotosynteettinen tehokkuus on vähemmän kuin C4-kasvien fotosynteettinen tehokkuus. Se johtuu C3-kasveissa havaitusta valoherkkyydestä, joka on vähäinen C4-kasveissa. Siten se on toinen ero C3- ja C4-kasvien välillä. Kun tarkastellaan rakenteellisia eroja, C3-kasveissa ei ole kahdentyyppisiä kloroplasteja ja Kranzin anatomiaa lehtiä. Toisaalta C4-kasveissa on kahden tyyppisiä kloroplasteja, ja ne osoittavat Kranzin anatomian lehdissä. Siksi se on myös ero C3- ja C4-kasvien välillä.
Lisäksi erona C3- ja C4-kasvien välillä on, että C3-kasvit kiinnittävät hiilidioksidin vain kerran, kun taas C4-kasvit kiinnittävät hiilidioksidin kahdesti. Tästä tosiasiasta johtuen C-assimilaatio on vähemmän C3-kasveissa, kun taas C-assimilaatio on korkea C4-kasveissa. Paitsi, että C4-kasvit voivat suorittaa fotosynteesiä, kun vatsat ovat kiinni ja erittäin korkeissa valopitoisuuksissa ja alhaisessa CO2 pitoisuuksia. C3-kasvit eivät kuitenkaan pysty suorittamaan fotosynteesiä, kun stomata on suljettu ja erittäin korkeissa valopitoisuuksissa ja alhaisessa CO2 pitoisuuksia. Siksi tämä on myös merkittävä ero C3- ja C4-kasvien välillä. Lisäksi C3-kasvit ja C4-kasvit eroavat ensimmäisestä hiilidioksidin vastaanottajasta. RuBP on CO2 vastaanottaja C3-kasveissa, kun taas PEP on ensimmäinen CO2 vastaanottaja C4-kasveissa.
Yhteenveto - C3 vs. C4 kasvit
C3 ja C4 ovat kahden tyyppisiä kasveja. C3-kasvit ovat hyvin yleisiä, kun taas C4-kasvit ovat hyvin harvinaisia. C3- ja C4-kasvien avainero riippuu ensimmäisestä hiilituotteesta, jonka ne tuottavat pimeän reaktion aikana. C3-kasvit suorittavat Calvin-syklin ja tuottavat kolmehiiliyhdistettä ensimmäisenä stabiilina tuotteena, kun taas C4-kasvit suorittavat C4-mekanismin ja tuottavat neljä hiiliyhdistettä ensimmäisenä stabiilina tuotteena. Lisäksi C3-kasveilla on vähemmän fotosynteettistä tehokkuutta, kun taas C4-kasveilla on korkea fotosynteettinen tehokkuus. Lisäksi C3-kasveilla ei ole Kranzin anatomiaa lehdissä, eikä niillä ole myöskään kahta tyyppistä kloroplastia. Toisaalta C4-kasvien lehdet ovat Kranzin anatomia, ja myös niillä on kahden tyyppisiä kloroplasteja. Siksi tämä on yhteenveto C3- ja C4-kasveista.
Viite:
1. Szczepanik, et ai. "C4-fotosynteesin välituotannon vaihdosta Kranz Mesophyllin ja Bundle Sheath Cells -yhdisteiden välillä ruohoissa." OUP Academic, Oxford University Press, 28. maaliskuuta 2008. Saatavilla täältä
2. Study.com, Study.com. Saatavilla täältä
Kuvan kohteliaisuus:
1. ”Yksinkertaistettu valokiertokaavio” - kirjoittanut Rachel Purdon - Oma työ, (CC BY-SA 3.0) Commons Wikimedian kautta
2. ”HatchSlackpathway2” kirjoittanut Adenosine (keskustelu) - HatchSlackpathway.svg, (CC BY-SA 2.5) Commons Wikimedian kautta
