Różnica między ścieżkami C3, C4 i CAM

• 2020

Kluczową różnicą między nimi jest asymilacja dwutlenku węgla ze światła słonecznego w procesie fotosyntezy, a następnie przekształcenie go w glukozę (energię) syntetyzującą inny produkt . Tak więc podczas wiązania CO2, kiedy rośliny fotosyntetyczne wytwarzają kwas 3-fosfoglicerynowy (PGA) lub kwas 3-węglowy, jako pierwszy produkt nazywa się ścieżkę C3 .

Ale kiedy roślina fotosyntetyczna, przed przejściem na ścieżkę C3, wytwarza kwas szczawiooctowy (OAA) lub związek 4-węglowy, ponieważ ich pierwszy stabilny produkt nazywa się ścieżką C4 lub Hatch and Slack . Ale kiedy rośliny absorbują energię słoneczną w ciągu dnia i wykorzystują tę energię do asymilacji lub utrwalania dwutlenku węgla w nocy, nazywa się to metabolizmem kwasu krassulaceanowego lub CAM .

Po tych procedurach rośliny, niektóre gatunki bakterii i glonów wytwarzają energię, niezależnie od ich siedlisk. Synteza energii z wykorzystaniem dwutlenku węgla i wody jako podstawowego źródła pozyskiwania składników odżywczych z powietrza i wody jest określana jako fotosynteza. Jest to podstawowy proces dla żywej istoty, która sama wytwarza żywność

W tej treści rozważymy zasadniczą różnicę między trzema rodzajami ścieżek, którymi podążają rośliny i kilka mikroorganizmów, oraz krótki opis na ich temat.

Wykres porównania

Definicja ścieżki C3 lub cyklu Calvina.

Rośliny C3 są znane jako rośliny chłodne lub umiarkowane . Najlepiej rosną w optymalnej temperaturze od 65 do 75 ° F z temperaturą gleby dostosowaną do 40–45 ° F. Tego rodzaju rośliny wykazują mniejszą wydajność w wysokiej temperaturze .

Podstawowym produktem roślin C3 jest kwas 3-węglowy lub kwas 3-fosfoglicerynowy (PGA) . Jest to uważane za pierwszy produkt podczas wiązania dwutlenku węgla. Szlak C3 kończy się w trzech etapach: karboksylacji, redukcji i regeneracji.

Rośliny C3 redukują do CO2 bezpośrednio w chloroplastie. Za pomocą karboksylazy bifosforanu rybulozy (RuBPcase) powstają dwie cząsteczki kwasu 3-węglowego lub kwasu 3-fosfoglicerynowego . Ten 3-fosfogliceryk uzasadnia nazwę ścieżki jako C3.

W kolejnym etapie NADPH i ATP fosforylują z wytworzeniem 3-PGA i glukozy. A potem cykl ponownie zaczyna się od zregenerowania RuBP.

Ścieżka C3 jest procesem jednoetapowym, zachodzącym w chloroplastie. Organelle działają jak magazynowanie energii słonecznej. Z całej rośliny obecnej na ziemi 85 procent wykorzystuje tę ścieżkę do produkcji energii.

Rośliny C3 mogą być wieloletnie lub roczne. Są wysoce białkowe niż rośliny C4. Przykładami jednorocznych roślin C3 są pszenica, owies i żyto, a rośliny wieloletnie obejmują kostrzewy, życicę i trawę sadowniczą. Rośliny C3 zapewniają większą ilość białka niż rośliny C4.

Definicja ścieżki C4 lub ścieżki kreskowania i luzu.

Ścieżką podążają rośliny, szczególnie w regionie tropikalnym. Przed cyklem Calvina lub C3 niektóre rośliny podążają ścieżką C4 lub kreskowania i luzu. Jest to dwuetapowy proces, w którym wytwarza się kwas szczawiooctowy (OAA), który jest związkiem 4-węglowym . Występuje w komórce osłonowej mezofilu i wiązki obecnej w chloroplastie.

Kiedy wytwarzany jest związek 4-węglowy, jest on wysyłany do komórki osłony wiązki, tutaj cząsteczka 4-węglowa dalej ulega rozkładowi na dwutlenek węgla i związek 3-kabonowy. W końcu szlak C3 zaczyna wytwarzać energię, w której związek 3-węgiel działa jako prekursor.

Rośliny C4 są również znane jako rośliny ciepłe lub tropikalne . Mogą być wieloletnie lub roczne. Idealna temperatura dla tych roślin wynosi 90-95 ° F. Rośliny C4 są znacznie bardziej wydajne w wykorzystywaniu azotu i gromadzeniu dwutlenku węgla z gleby i atmosfery. Zawartość białka jest niska w porównaniu do roślin C3.

Rośliny te mają swoją nazwę od produktu zwanego szczawiooctanem, który jest kwasem 4-węglowym. Przykładami wieloletnich roślin C4 są: trawa indyjska, Bermudagrass, switchgrass, big bluestem, a roślin jednorocznych C4 - sudangrass, kukurydza, proso perłowe.

Definicja roślin CAM

Godną uwagi uwagą odróżniającą ten proces od dwóch powyższych jest to, że w tego rodzaju fotosyntezie organizm absorbuje energię słoneczną w ciągu dnia i wykorzystuje tę energię w nocy do asymilacji dwutlenku węgla.

Jest to rodzaj adaptacji w czasie okresowej suszy. Proces ten pozwala na wymianę gazów w nocy, gdy temperatura powietrza jest niższa i następuje utrata pary wodnej.

Około 10% roślin naczyniowych dostosowało fotosyntezę CAM, ale głównie w roślinach uprawianych w suchym regionie. Przykładami są rośliny takie jak kaktus i euforbie. Nawet storczyki i nomowie dostosowały tę ścieżkę z powodu nieregularnego zaopatrzenia w wodę.

W ciągu dnia jabłczan ulega dekarboksylacji w celu dostarczenia CO2 do utrwalenia cyklu Bensona-Calvina w zamkniętych aparatach szparkowych. Główną cechą roślin CAM jest asymilacja w nocy CO2 do kwasu jabłkowego, przechowywanego w wakuoli. Karboksylaza PEP odgrywa główną rolę w produkcji jabłczanu.

Kluczowe różnice między roślinami C3, C4 i CAM.

Powyżej omawiamy procedurę pozyskiwania energii tych różnych typów, poniżej omówimy kluczowe różnice między trzema:

1. Ścieżka C3 lub rośliny C3 można zdefiniować jako takie rośliny, których pierwszym produktem po asymilacji węgla ze światła słonecznego jest cząsteczka 3-węglowa lub kwas 3-fosfoglicerynowy do produkcji energii. Jest najczęściej używany przez rośliny; Podczas gdy rośliny w obszarze tropikalnym przekształcają energię słoneczną w cząsteczkę węgla C4 lub kwas szczawiooctowy, ten cykl ma miejsce przed cyklem C3, a następnie za pomocą enzymów przenosi dalszy proces pozyskiwania składników odżywczych, nazywa się roślinami C4, a szlak nazywa się jako ścieżka C4. Ta ścieżka jest bardziej wydajna niż ścieżka C3. Z drugiej strony rośliny, które magazynują energię słoneczną w ciągu dnia, a następnie przekształcają ją w energię w nocy, podążają za metabolizmem CAM lub kwasu krasulaceanowego .
2. Komórki zaangażowane w szlak C3 to komórki mezofilowe, a do szlaku C4 są komórki mezofilowe, wiązki komórek płaszcza, ale CAM podąża za C3 i C4 w tych samych komórkach mezofilowych.
3. Przykładem C3 są słonecznik, szpinak, fasola, ryż, bawełna, podczas gdy przykładem roślin C4 jest trzcina cukrowa, sorgo i kukurydza, a kaktusy, orchidee są przykładem roślin CAM.
4. C3 można zobaczyć we wszystkich roślinach fotosyntetycznych, podczas gdy po C4 pojawiają się rośliny tropikalne, a CAM - rośliny półpustynne.
5. Rodzaje roślin wykorzystujących cykl C3 są mezofityczne, hydrofityczne, kserofityczne, ale C4 jest obserwowany w roślinach mezofitycznych, a Xerophytic następuje po CAM.
6. Fotooddychanie występuje z większą częstością, podczas gdy nie jest łatwo wykrywalne w C4 i CAM.
7. 12 NADPH i 18 ATP w cyklu C3; 12 NADPH i 30 ATP w C4 i 12 NADPH i 39 ATP jest wymaganych do produkcji glukozy.
8. 3-fosfoglicerynian (3-PGA) jest pierwszym stabilnym produktem szlaku C3; Szczawiooctan (OAA) dla szlaku C4 i Szczawiooctan (OAA) w nocy, 3 PGA w ciągu dnia w CAM.
9. Optymalna temperatura do fotosyntezy w C3 wynosi 15–25 ° C; 30-40 ° C w zakładach C4 i> 40 ° C w CAM
10. Enzym karboksylujący to karboksylaza RuBP w roślinach C3, ale w roślinach C4 to karboksylaza PEP (w mezofilu) i karboksylaza RuBP (w osłonie wiązki), podczas gdy w CAM jest karboksylaza PEP (w ciemności) i karboksylaza RuBP (w świetle).
11. Stosunek CO2: ATP: NADPH2 1: 3: 2 w C3, 1: 5: 2 w C4 i 1: 6, 5: 2 w CAM.
12. Początkowym akceptorem CO2 jest rybulozo-1, 5-bifosforan (RuBP) na szlaku C3 i fosfoenolopirogronian (PEP) w C4 i CAM.
13. Anatomia Kranza jest obecna tylko na ścieżce C4 i nie występuje w roślinach C3 i CAM.
14. Punkt kompensacji CO2 (ppm) wynosi 30–70 w zakładzie C3; 6-10 w roślinach C4 i 0-5 w ciemności w CAM.

Wniosek

Wszyscy jesteśmy świadomi faktu, że rośliny przygotowują pokarm w procesie fotosyntezy. Przekształcają atmosferyczny dwutlenek węgla w pokarm roślinny lub energię (glukozę). Ale gdy rośliny rosną w różnych siedliskach, mają różne warunki atmosferyczne i klimatyczne; różnią się procesem pozyskiwania energii.

Podobnie jak w przypadku ścieżek C4 i CAM, dwie adaptacje powstały w wyniku naturalnej selekcji w celu przetrwania roślin o wysokiej temperaturze i suchym regionie. Możemy więc powiedzieć, że są to trzy różne metody biochemiczne, polegające na pozyskiwaniu energii przez rośliny, a C3 jest wśród nich najbardziej powszechna.