Galvenā atšķirība starp C3 un C4 augiem ir tā, ka C3 augi veido trīs oglekļa savienojumu kā pirmo stabilo tumšās reakcijas produktu, savukārt C4 augi veido četru oglekļa savienojumu kā pirmo stabilo produktu. tumša reakcija.
Fotosintēze ir gaismas virzīts process, kas pārvērš oglekļa dioksīdu un ūdeni augos, aļģēs un zilaļģēs par enerģiju bagātiem cukuriem. Fotosintēzes gaismas reakcijas laikā notiek ūdens molekulu fotolīze. Ūdens fotolīzes rezultātā skābeklis izdalās kā blakusprodukts. Pēc gaismas reakcijas sākas tumšā reakcija un tā sintezē ogļhidrātus, fiksējot oglekļa dioksīdu. Tomēr skābeklis, kas rodas gaismas reakcijā, var saistīties ar tumšās reakcijas galveno enzīmu, kas ir RuBP oksigenāze-karboksilāze (Rubisco), un veikt fotoelpošanu. Fotoelpošana ir process, kas tērē enerģiju un samazina ogļhidrātu sintēzi. Tāpēc, lai novērstu fotoelpošanu, ir trīs dažādi veidi, kā augos notiek tumša reakcija, lai novērstu skābekļa tikšanos ar Rubisco. Tādējādi atkarībā no tā, kā notiek tumšā reakcija, ir 3 veidu augi; proti, C3 rūpnīcas, C4 rūpnīcas un CAM iekārtas.
Kas ir C3 augi?
Apmēram 95% augu uz zemes ir C3 augi. Kā norāda nosaukums, tie veic C3 fotosintēzes mehānismu, kas ir Kalvina cikls. Tiek uzskatīts, ka C3 fotosintēze radās gandrīz pirms 3,5 miljardiem gadu. Šie augi pārsvarā ir kokaini un apaļlapu augi. Šajos augos oglekļa fiksācija notiek mezofila šūnās, kas atrodas tieši zem epidermas.
Oglekļa dioksīds no atmosfēras caur stomatu iekļūst mezofila šūnās. Tad sākas tumšā reakcija. Pirmā reakcija ir oglekļa dioksīda fiksēšana ar Ribulozes bisfosfātu fosfoglicerātā, kas ir trīs oglekļa savienojums. Faktiski tas ir pirmais stabilais C3 rūpnīcu produkts. Ribulozes bisfosfāta karboksilāze (Rubisco) ir enzīms, kas katalizē šo karboksilēšanas reakciju augos. Tāpat Kalvina cikls notiek cikliski, ražojot ogļhidrātus.
01. attēls: C3 augi
Salīdzinot ar C4 augiem, C3 augi ir neefektīvi attiecībā uz to fotosintēzes mehānismu. Tas ir tāpēc, ka C3 augos notiek fotoelpošana. Fotoelpošana notiek Rubisko enzīma oksigenāzes aktivitātes dēļ. Rubisco oksigenēšana darbojas pretējā virzienā nekā karboksilēšana, efektīvi atceļ fotosintēzi, izšķērdējot lielu daudzumu oglekļa, kas sākotnēji fiksēts Kalvina ciklā, un rezultātā tiek zaudēts oglekļa dioksīds no šūnām, kas fiksē oglekļa dioksīdu. Tāpat mijiedarbība ar skābekli un oglekļa dioksīdu notiek tajā pašā vietā Rubisco. Šīs konkurējošās reakcijas parasti notiek ar attiecību 3:1 (ogleklis: skābeklis). Tādējādi ir skaidrs, ka fotoelpošana ir gaismas stimulēts process, kas patērē skābekli un attīsta oglekļa dioksīdu.
Kas ir C4 augi?
C4 augi atrodas sausās un augstas temperatūras vietās. Apmēram 1% augu sugu ir C4 bioķīmija. Daži C4 augu piemēri ir kukurūza un cukurniedres. Kā norāda nosaukums, šie augi veic C4 fotosintēzes mehānismu. Tiek uzskatīts, ka C4 fotosintēze radās gandrīz pirms 12 miljoniem gadu; ilgi pēc C3 mehānisma evolūcijas. C4 iekārtas tagad var būt labāk pielāgotas, jo pašreizējais oglekļa dioksīda līmenis ir daudz zemāks nekā pirms 100 miljoniem gadu.
C4 iekārtas ir daudz efektīvākas oglekļa dioksīda uztveršanā. Turklāt C4 fotosintēze ir sastopama gan viendīgļdziņu, gan divdīgļdīgļu sugās. Atšķirībā no C3 augiem, pirmais stabilais produkts, kas veidojas fotosintēzes laikā, ir skābeņetiķskābe, kas ir četru oglekļa savienojums. Vissvarīgākais ir tas, ka šo augu lapām ir īpašs anatomijas veids, ko sauc par "Kranz Anatomy". Ap asinsvadu saišķiem atrodas saišķu apvalka šūnu aplis ar hloroplastiem, pēc kuriem var identificēt C4 augus.
2. attēls: C4 augi
Šajā ceļā oglekļa dioksīda fiksācija notiek divas reizes. Mezofila šūnu citoplazmā CO2 vispirms fiksējas ar fosfoenolpiruvātu (PEP), kas darbojas kā primārais akceptors. Reakciju katalizē PEP karboksilāzes enzīms. Pēc tam PEP pārvēršas malātā un pēc tam piruvātā, atbrīvojot CO2 Un šis CO2 atkal tiek labots otro reizi ar Ribulozes bisfosfātu, veidojot 2. fosfoglicerātu, lai veiktu Kalvina ciklu.
Kādas ir līdzības starp C3 un C4 augiem?
- Gan C3, gan C4 augi piesaista oglekļa dioksīdu un ražo ogļhidrātus.
- Viņi veic tumšu reakciju.
- Abu veidu augi arī veic vienādu gaismas reakciju.
- Turklāt viņiem ir hloroplasti, lai veiktu fotosintēzi.
- Viņu fotosintētiskais vienādojums ir līdzīgs.
- Turklāt RuBP ir iesaistīta abu veidu augu tumsā.
- Abi augi ražo fosfoglicerātu.
Kāda ir atšķirība starp C3 un C4 augiem?
C3 augi ražo fosfoglicerīnskābi kā pirmo stabilo tumšās reakcijas produktu. Tas ir trīs oglekļa savienojums. No otras puses, C4 augi ražo skābeņetiķskābi kā pirmo stabilo tumšās reakcijas produktu. Tas ir četru oglekļa savienojums. Tāpēc šī ir galvenā atšķirība starp C3 un C4 ražotnēm.
Turklāt C3 augu fotosintēzes efektivitāte ir mazāka par C4 augu fotosintēzes efektivitāti. Tas ir saistīts ar C3 augiem novēroto fotoelpošanu, kas C4 augos ir niecīga. Tādējādi tā ir vēl viena atšķirība starp C3 un C4 augiem. Apsverot strukturālās atšķirības, C3 augiem nav divu veidu hloroplastu un Kranz anatomiju lapās. No otras puses, C4 augiem ir divu veidu hloroplasti, un tie parāda Kranz anatomiju lapās. Tādējādi tā ir arī atšķirība starp C3 un C4 ražotnēm.
Turklāt vēl viena atšķirība starp C3 un C4 ražotnēm ir tāda, ka C3 iekārtas oglekļa dioksīdu fiksē tikai vienu reizi, savukārt C4 iekārtas oglekļa dioksīdu fiksē divas reizes. Šī fakta dēļ C asimilācija ir mazāka C3 augos, savukārt C asimilācija ir augsta C4 augos. Ne tikai tas, ka C4 augi var veikt fotosintēzi, kad stomata ir aizvērta un ļoti augstā gaismas koncentrācijā un zemā CO2 koncentrācijā. Tomēr C3 augi nespēj veikt fotosintēzi, ja stomas ir aizvērtas un ļoti augstā gaismas koncentrācijā un zemā CO2 koncentrācijā. Tāpēc šī ir arī būtiska atšķirība starp C3 un C4 augiem. Turklāt C3 augi un C4 augi atšķiras no pirmā oglekļa dioksīda akceptora. RuBP ir CO2 akceptors C3 rūpnīcās, savukārt PEP ir pirmais CO2 akceptors C4 rūpnīcās.
Kopsavilkums - C3 pret C4 augi
C3 un C4 ir divu veidu augi. C3 augi ir ļoti izplatīti, savukārt C4 augi ir ļoti reti. Galvenā atšķirība starp C3 un C4 augiem ir atkarīga no pirmā oglekļa produkta, ko tie ražo tumšās reakcijas laikā. C3 rūpnīcas veic Calvin ciklu un ražo trīs oglekļa savienojumu kā pirmo stabilo produktu, savukārt C4 rūpnīcas veic C4 mehānismu un ražo četru oglekļa savienojumu kā pirmo stabilo produktu. Turklāt C3 augiem ir mazāka fotosintēzes efektivitāte, savukārt C4 augiem ir augsta fotosintēzes efektivitāte. Turklāt C3 augiem nav Kranz anatomijas lapās, kā arī tiem nav divu veidu hloroplastu. No otras puses, C4 augu lapās ir Kranz anatomija, un tiem ir arī divu veidu hloroplasti. Tādējādi šis ir C3 un C4 rūpnīcu kopsavilkums.
