Rozdiel medzi rastlinami C3 a C4
Share
kľúčový rozdiel medzi rastlinami C3 a C4 je to rastliny C3 tvoria zlúčeninu s tromi atómami uhlíka ako prvý stabilný produkt tmavej reakcie, zatiaľ čo rastliny C4 tvoria zlúčeninu so štyrmi atómami uhlíka ako prvý stabilný produkt tmavej reakcie.
Fotosyntéza je proces poháňaný svetlom, ktorý premieňa oxid uhličitý a vodu na cukry bohaté na energiu v rastlinách, riasach a siniciach. Počas ľahkej fotosyntézy dochádza k fotolýze molekúl vody. V dôsledku fotolýzy vody sa kyslík uvoľňuje ako vedľajší produkt. Po ľahkej reakcii začne tmavá reakcia a syntetizuje uhľohydráty fixáciou oxidu uhličitého. Kyslík generovaný pri svetelnej reakcii sa však môže viazať s hlavným enzýmom temnej reakcie, ktorým je RuBP oxygenáza-karboxyláza (Rubisco), a môže uskutočňovať fotoreziu. Fotodpirácia je proces, ktorý stráca energiu a znižuje syntézu uhľohydrátov. Preto, aby sa zabránilo fotodpirácii, existujú tri rôzne spôsoby, ako v rastlinách dochádza k temnej reakcii, aby sa zabránilo stretnutiu kyslíka s Rubisco. Preto v závislosti od spôsobu, akým prebieha temná reakcia, existujú 3 druhy rastlín; menovite C3 rastliny, C4 rastliny a CAM rastliny.
OBSAH
1. Prehľad a kľúčový rozdiel
2. Čo sú to rastliny C3
3. Čo sú to rastliny C4
4. Podobnosti medzi rastlinami C3 a C4
5. Porovnanie bok po boku - rastliny C3 vs C4 v tabuľkovej forme
6. Zhrnutie
Čo sú to rastliny C3?
Asi 95% rastlín na Zemi sú rastliny C3. Ako už názov napovedá, vykonávajú C3 fotosyntetický mechanizmus, ktorým je Calvinov cyklus. Predpokladá sa, že fotosyntéza C3 vznikla takmer pred 3,5 miliardami rokov. Tieto rastliny sú väčšinou dreviny a okrúhle listy. U týchto rastlín dochádza k fixácii uhlíka v bunkách mezofylu, ktoré sú tesne pod epidermou.
Oxid uhličitý vstupuje z atmosféry do mezofylových buniek cez stomatu. Potom začne temná reakcia. Prvou reakciou je fixácia oxidu uhličitého s ribulózo-bisfosfátom na fosfoglycerát, ktorý je zlúčeninou s tromi atómami uhlíka. V skutočnosti je to prvý stabilný produkt rastlín C3. Ribulóza bisfosfátkarboxyláza (Rubisco) je enzým, ktorý katalyzuje túto karboxylačnú reakciu v rastlinách. Kalvinov cyklus sa cyklicky vyskytuje aj pri výrobe uhľohydrátov.
Obrázok 01: Rastliny C3
Oproti rastlinám C4 sú rastliny C3 neúčinné, pokiaľ ide o ich fotosyntetický mechanizmus. Je to kvôli výskytu fotodpirácie v rastlinách C3. Fotorezpirácia nastáva v dôsledku aktivity oxygenázy enzýmu Rubisco. Oxygenácia Rubisco funguje opačným smerom ako karboxylácia, efektívne odstraňuje fotosyntézu zbytočným plytvaním veľkého množstva uhlíka pôvodne fixovaného kalvinovým cyklom pri vysokých nákladoch a výsledkom je strata oxidu uhličitého z buniek, ktoré fixujú oxid uhličitý. Podobne dochádza k interakcii s kyslíkom a oxidom uhličitým na rovnakom mieste na zariadení Rubisco. Tieto konkurenčné reakcie normálne prebiehajú v pomere 3: 1 (uhlík: kyslík). Je teda zrejmé, že fotorezpirácia je proces stimulovaný svetlom, ktorý spotrebúva kyslík a uvoľňuje oxid uhličitý.
Čo sú to rastliny C4?
C4 rastliny sú prítomné v suchých a vysokoteplotných oblastiach. Približne 1% rastlinných druhov má C4 biochémiu. Niektoré príklady rastlín C4 sú kukurica a cukrová trstina. Ako už názov napovedá, tieto rastliny vykonávajú fotosyntetický mechanizmus C4. Predpokladá sa, že fotosyntéza C4 vznikla takmer pred 12 miliónmi rokov; dlho po vývoji mechanizmu C3. Rastliny C4 sa teraz môžu lepšie prispôsobiť, pretože súčasné úrovne oxidu uhličitého sú oveľa nižšie ako pred 100 miliónmi rokov.
C4 rastliny sú oveľa účinnejšie pri zachytávaní oxidu uhličitého. Fotosyntéza C4 sa ďalej vyskytuje u jednoklíčnych aj dvojklíčnych druhov. Na rozdiel od rastlín C3 je prvým stabilným produktom vznikajúcim pri fotosyntéze kyselina oxalooctová, ktorá je zlúčeninou so štyrmi atómami uhlíka. A čo je najdôležitejšie, listy týchto rastlín vykazujú špeciálny typ anatómie nazývaný „Kranzova anatómia“. Okolo vaskulárnych zväzkov sa nachádza kruh bunkových zväzkov buniek s chloroplastmi, pomocou ktorých je možné identifikovať rastliny C4.
Obrázok 02: C4 Rastliny
V tejto ceste dochádza k fixácii oxidu uhličitého dvakrát. V cytoplazme mezofylových buniek CO2 najprv sa fixuje fosfoenolpyruvátom (PEP), ktorý pôsobí ako primárny akceptor. Reakcia je katalyzovaná enzýmom PEP karboxyláza. Potom sa PEP premení na malát a potom na pyruvát uvoľňujúci CO2. A to CO2 opäť sa fixuje druhýkrát s ribulózo-bisfosfátom, aby sa vytvoril 2 fosfoglycerát na vykonanie Calvinovho cyklu.
Aké sú podobnosti medzi rastlinami C3 a C4?
- Rastliny C3 aj C4 fixujú oxid uhličitý a produkujú uhľohydráty.
- Uskutočňujú temnú reakciu.
- Obidva typy rastlín tiež uskutočňujú rovnakú reakciu na svetlo.
- Ďalej majú chloroplasty na uskutočnenie fotosyntézy.
- Ich fotosyntetická rovnica je podobná.
- Navyše RuBP sa zúčastňuje temnej reakcie oboch typov rastlín.
- Obe rastliny produkujú fosfoglycerát.
Aký je rozdiel medzi rastlinami C3 a C4?
C3 rastliny produkujú kyselinu fosfoglycerínovú ako prvý stabilný produkt temnej reakcie. Je to zlúčenina s tromi atómami uhlíka. Na druhej strane rastliny C4 produkujú kyselinu oxaloctovú ako prvý stabilný produkt tmavej reakcie. Je to zlúčenina so štyrmi atómami uhlíka. Preto je to hlavný rozdiel medzi rastlinami C3 a C4.
Fotosyntetická účinnosť rastlín C3 je ďalej menšia ako fotosyntetická účinnosť rastlín C4. Je to kvôli fotorezpirácii pozorovanej v rastlinách C3, ktorá je v rastlinách C4 zanedbateľná. Ide teda o ďalší rozdiel medzi rastlinami C3 a C4. Pri zvažovaní štrukturálnych rozdielov nemajú rastliny C3 v listoch dva typy chloroplastov a Kranzovu anatómiu. Na druhej strane rastliny C4 majú dva typy chloroplastov a v listoch vykazujú Kranzovu anatómiu. Preto je to tiež rozdiel medzi rastlinami C3 a C4.
Ďalej, ďalší rozdiel medzi rastlinami C3 a C4 je v tom, že rastliny C3 fixujú oxid uhličitý iba raz, zatiaľ čo rastliny C4 fixujú oxid uhličitý dvakrát. Z tohto dôvodu je asimilácia C nižšia v rastlinách C3, zatiaľ čo asimilácia C je vysoká v rastlinách C4. Nielen to, že rastliny C4 môžu vykonávať fotosyntézu, keď sú stomatá zatvorené a pri veľmi vysokej koncentrácii svetla a nízkom CO2 koncentráciou. Rastliny C3 však nie sú schopné vykonávať fotosyntézu, keď sú stomatá zatvorené a pri veľmi vysokej koncentrácii svetla a nízkom CO2 koncentráciou. Preto je to tiež významný rozdiel medzi rastlinami C3 a C4. Ďalej sa rastliny C3 a C4 rastliny líšia od prvého akceptora oxidu uhličitého. RuBP je CO2 akceptor v rastlinách C3, zatiaľ čo PEP je prvý CO2 akceptor v rastlinách C4.
Zhrnutie - rastliny C3 vs C4
C3 a C4 sú dva typy rastlín. C3 rastliny sú veľmi časté, zatiaľ čo C4 rastliny sú veľmi zriedkavé. Kľúčový rozdiel medzi rastlinami C3 a C4 závisí od prvého uhlíkového produktu, ktorý produkujú počas temnej reakcie. Rastliny C3 vykonávajú Calvinov cyklus a produkujú zlúčeninu s tromi atómami uhlíka ako prvý stabilný produkt, zatiaľ čo rastliny C4 vykonávajú mechanizmus C4 a produkujú štyri zlúčeniny uhlíka ako prvý stabilný produkt. Ďalej, rastliny C3 vykazujú menšiu fotosyntetickú účinnosť, zatiaľ čo rastliny C4 vykazujú vysokú fotosyntetickú účinnosť. Navyše, rastliny C3 nemajú Kranzovu anatómiu v listoch a tiež nemajú dva typy chloroplastov. Na druhej strane, rastliny C4 majú vo svojich listoch Kranzovu anatómiu a tiež majú dva typy chloroplastov. Toto je zhrnutie rastlín C3 a C4.
referencie:
1. Szczepanik a kol. "O mechanizme fotosyntézy medziproduktov C 4 medzi bunkami Kranz Mesophyll a Bundle Sheath Cells in Grasses." OUP Academic, Oxford University Press, 28. marca 2008. K dispozícii tu
2. Study.com, Study.com. K dispozícii tu
S láskavým dovolením:
1. „Zjednodušená schéma fotorezpirácie“ Autor: Rachel Purdon - Vlastné dielo (CC BY-SA 3.0) prostredníctvom Commons Wikimedia
2. ”HatchSlackpathway2” Adenosine (talk) - HatchSlackpathway.svg, (CC BY-SA 2.5) prostredníctvom Commons Wikimedia
