Klíčový rozdíl mezi rostlinami C3 a C4 je v tom, že rostliny C3 tvoří tříuhlíkovou sloučeninu jako první stabilní produkt temné reakce, zatímco rostliny C4 tvoří čtyřuhlíkovou sloučeninu jako první stabilní produkt reakce. temná reakce.
Fotosyntéza je světlem řízený proces, který přeměňuje oxid uhličitý a vodu na energeticky bohaté cukry v rostlinách, řasách a sinicích. Při světelné reakci fotosyntézy dochází k fotolýze molekul vody. V důsledku fotolýzy vody se jako vedlejší produkt uvolňuje kyslík. Po lehké reakci nastupuje tmavá reakce a syntetizuje sacharidy fixací oxidu uhličitého. Kyslík generovaný světelnou reakcí se však může vázat s hlavním enzymem reakce za tmy, kterým je RuBP oxygenáza-karboxyláza (Rubisco) a provádět fotorespiraci. Fotorespirace je proces, který plýtvá energií a snižuje syntézu sacharidů. Proto, aby se zabránilo fotorespiraci, existují tři různé způsoby, jak temná reakce probíhá v rostlinách, aby se zabránilo setkání kyslíku s Rubisco. V závislosti na způsobu, jakým probíhá temná reakce, tedy existují 3 druhy rostlin; jmenovitě závody C3, závody C4 a závody CAM.
Co jsou rostliny C3?
Asi 95 % rostlin na Zemi jsou rostliny C3. Jak název napovídá, provádějí C3 fotosyntetický mechanismus, kterým je Calvinův cyklus. Předpokládá se, že fotosyntéza C3 vznikla před téměř 3,5 miliardami let. Tyto rostliny jsou většinou dřevnaté a kulaté listy. V těchto rostlinách dochází k fixaci uhlíku v mezofylových buňkách, které jsou těsně pod epidermis.
Oxid uhličitý vstupuje z atmosféry do buněk mezofylu přes průduchy. Pak začne temná reakce. První reakcí je fixace oxidu uhličitého pomocí ribulosa bisfosfátu na fosfoglycerát, což je tříuhlíková sloučenina. Ve skutečnosti je to první stabilní produkt závodů C3. Ribulózabisfosfátkarboxyláza (Rubisco) je enzym, který katalyzuje tuto karboxylační reakci v rostlinách. Stejně tak Calvinův cyklus probíhá cyklicky při produkci sacharidů.
Obrázek 01: Rostliny C3
Ve srovnání s rostlinami C4 jsou rostliny C3 neefektivní, pokud jde o jejich fotosyntetický mechanismus. Je to kvůli výskytu fotorespirace u rostlin C3. K fotorespiraci dochází v důsledku aktivity oxygenázy enzymu Rubisco. Okysličení Rubisco funguje v opačném směru než karboxylace, účinně ruší fotosyntézu plýtváním velkého množství uhlíku původně fixovaného Calvinovým cyklem za velké náklady a vede ke ztrátě oxidu uhličitého z buněk, které oxid uhličitý fixují. Podobně k interakci s kyslíkem a oxidem uhličitým dochází na stejném místě na Rubisco. Tyto konkurenční reakce normálně probíhají v poměru 3:1 (uhlík:kyslík). Je tedy jasné, že fotorespirace je světlem stimulovaný proces, který spotřebovává kyslík a uvolňuje oxid uhličitý.
Co jsou rostliny C4?
C4 rostliny se vyskytují v suchých a vysokoteplotních oblastech. Přibližně 1 % rostlinných druhů má biochemii C4. Některé příklady rostlin C4 jsou kukuřice a cukrová třtina. Jak název napovídá, tyto rostliny provádějí fotosyntetický mechanismus C4. Předpokládá se, že fotosyntéza C4 vznikla téměř před 12 miliony let; dlouho po vývoji mechanismu C3. C4 rostliny mohou být nyní lépe přizpůsobeny, protože současné úrovně oxidu uhličitého jsou mnohem nižší než před 100 miliony let.
Zařízení C4 jsou mnohem efektivnější při zachycování oxidu uhličitého. Kromě toho se fotosyntéza C4 nachází u jednoděložných i dvouděložných druhů. Na rozdíl od rostlin C3 je prvním stabilním produktem vznikajícím během fotosyntézy kyselina oxalooctová, což je sloučenina se čtyřmi uhlíky. A co je nejdůležitější, listy těchto rostlin vykazují zvláštní typ anatomie nazývaný „Kranzova anatomie“. Kolem cévních svazků je kruh svazkových pochev s chloroplasty, podle kterých lze identifikovat rostliny C4.
Obrázek 02: Rostliny C4
V této cestě dochází k fixaci oxidu uhličitého dvakrát. V cytoplazmě mezofylové buňky se CO2 nejprve fixuje fosfoenolpyruvátem (PEP), který působí jako primární akceptor. Reakce je katalyzována enzymem PEP karboxylázou. Poté se PEP přemění na malát a poté na pyruvát uvolňující CO2 A tento CO2se opět napodruhé fixuje ribulózou bisfosfátem a tvoří 2 fosfoglycerát k provedení Calvinova cyklu.
Jaké jsou podobnosti mezi rostlinami C3 a C4?
- Zařízení C3 i C4 fixují oxid uhličitý a produkují sacharidy.
- Provádějí temnou reakci.
- Oba typy rostlin také provádějí stejnou světelnou reakci.
- Kromě toho mají chloroplasty k provádění fotosyntézy.
- Jejich fotosyntetická rovnice je podobná.
- RuBP se navíc podílí na temné reakci obou typů rostlin.
- Obě rostliny produkují fosfoglycerát.
Jaký je rozdíl mezi rostlinami C3 a C4?
C3 rostliny produkují kyselinu fosfoglycerovou jako první stabilní produkt temné reakce. Jedná se o tříuhlíkovou sloučeninu. Na druhé straně C4 rostliny produkují kyselinu oxalooctovou jako první stabilní produkt temné reakce. Jedná se o čtyřuhlíkovou sloučeninu. Toto je klíčový rozdíl mezi rostlinami C3 a C4.
Kromě toho je fotosyntetická účinnost C3 rostlin nižší než fotosyntetická účinnost C4 rostlin. Je to způsobeno fotorespirací pozorovanou u rostlin C3, která je u rostlin C4 zanedbatelná. Je to tedy další rozdíl mezi rostlinami C3 a C4. Když vezmeme v úvahu strukturální rozdíly, rostliny C3 nemají dva typy chloroplastů a Kranzovu anatomii v listech. Na druhé straně rostliny C4 mají dva typy chloroplastů a v listech vykazují Kranzovu anatomii. Proto je také rozdíl mezi rostlinami C3 a C4.
Další rozdíl mezi závody C3 a C4 je v tom, že závody C3 fixují oxid uhličitý pouze jednou, zatímco závody C4 fixují oxid uhličitý dvakrát. Vzhledem k této skutečnosti je asimilace C menší u rostlin C3, zatímco asimilace C je vysoká u rostlin C4. Nejen to, rostliny C4 mohou provádět fotosyntézu, když jsou průduchy uzavřené a při velmi vysokých koncentracích světla a nízkých koncentracích CO2 . Rostliny C3 však nejsou schopny provádět fotosyntézu, když jsou průduchy uzavřené a při velmi vysokých koncentracích světla a nízkých koncentracích CO2 . Proto je to také významný rozdíl mezi rostlinami C3 a C4. Kromě toho se rostliny C3 a rostliny C4 liší od prvního akceptoru oxidu uhličitého. RuBP je akceptorem CO2 v závodech C3, zatímco PEP je prvním akceptorem CO2 v závodech C4.
Shrnutí – rostliny C3 vs. C4
C3 a C4 jsou dva typy rostlin. Rostliny C3 jsou velmi běžné, zatímco rostliny C4 jsou velmi vzácné. Klíčový rozdíl mezi rostlinami C3 a C4 závisí na prvním uhlíkovém produktu, který produkují během temné reakce. Závody C3 provádějí Calvinův cyklus a produkují tříuhlíkovou sloučeninu jako první stabilní produkt, zatímco závody C4 provádějí mechanismus C4 a produkují čtyřuhlíkovou sloučeninu jako první stabilní produkt. Kromě toho rostliny C3 vykazují nižší fotosyntetickou účinnost, zatímco rostliny C4 vykazují vysokou fotosyntetickou účinnost. Rostliny C3 navíc nemají Kranzovu anatomii v listech a také nemají dva typy chloroplastů. Na druhé straně rostliny C4 mají v listech Kranzovu anatomii a také mají dva typy chloroplastů. Toto je shrnutí rostlin C3 a C4.
