Razlika između biljaka C3 i C4

ključna razlika između biljaka C3 i C4 je to biljke C3 tvore tri ugljika kao prvi stabilni produkt tamne reakcije dok C4 biljke tvore četvero-ugljični spoj kao prvi stabilni produkt mračne reakcije.

Fotosinteza je svjetlosni proces koji pretvara ugljični dioksid i vodu u šećere bogate energijom u biljkama, algama i cijanobakterijama. Tijekom svjetlosne reakcije fotosinteze dolazi do fotolize vodenih molekula. Kao rezultat fotolize vode, kisik se oslobađa kao nusprodukt. Nakon reakcije svjetlosti, započinje tamna reakcija i ona sintetizira ugljikohidrate fiksiranjem ugljičnog dioksida. Međutim, kisik nastao svjetlosnom reakcijom može se povezati s glavnim enzimom mračne reakcije, a to je RuBP oksigenaza-karboksilaza (Rubisco), te provesti fotorespiranu. Fotorespiracija je proces koji troši energiju i smanjuje sintezu ugljikohidrata. Stoga, kako bi se spriječila fotorespiracija, postoje tri različita načina da se u biljkama dogodi tamna reakcija kako bi se spriječio susret kisika s Rubiscom. Dakle, ovisno o načinu na koji se odvija mračna reakcija, postoje 3 vrste biljaka; naime, C3 biljke, C4 biljke i CAM biljke.

SADRŽAJ

1. Pregled i ključne razlike
2. Što su C3 biljke
3. Što su C4 biljke
4. Sličnosti između biljaka C3 i C4
5. Usporedba - Usporedba biljaka C3 i C4 u tabelarnom obliku
6. Sažetak

Što su C3 biljke?

Oko 95% biljaka na zemlji čine C3 biljke. Kao što ime govori, oni provode C3 fotosintetski mehanizam koji je Calvin ciklus. Smatra se da je fotosinteza C3 nastala prije gotovo 3,5 milijardi godina. Ove biljke su uglavnom drvenaste i okruglaste biljke. U tim se biljkama fiksacija ugljika odvija u stanicama mezofila koje se nalaze odmah ispod epiderme.

Ugljični dioksid ulazi iz atmosfere u stanice mezofila kroz stomate. Tada započinje mračna reakcija. Prva reakcija je fiksiranje ugljičnog dioksida s Ribulose bisfosfatom u fosfoglicerat koji je tvar tri ugljika. U stvari, to je prvi stabilan proizvod biljaka C3. Ribuloza bisfosfat karboksilaza (Rubisco) je enzim koji katalizira ovu reakciju karboksilacije u biljkama. Isto tako, ciklus Calvin događa se ciklično tijekom stvaranja ugljikohidrata.

Slika 01: C3 biljke

U usporedbi s C4 biljkama, C3 biljke su neučinkovite u pogledu svog fotosintetskog mehanizma. To je zbog pojave fotorespiracije u C3 biljkama. Fotorespiracija se javlja zbog aktivnosti oksigenaze enzima Rubisco. Oksidacija Rubisco djeluje u suprotnom smjeru od karboksilacije, učinkovito poništava fotosintezu trošenjem velikih količina ugljika koje je izvorno fiksirano u Calvin ciklusu, a rezultira gubitkom ugljičnog dioksida iz stanica koje fiksiraju ugljični dioksid. Isto tako, interakcija s kisikom i ugljičnim dioksidom događa se na istom mjestu na Rubiscu. Te se konkurentne reakcije normalno odvijaju u omjeru 3: 1 (ugljik: kisik). Dakle, jasno je da je fotorespiracija lagano stimulirani proces koji troši kisik i razvija ugljični dioksid.

Što su C4 biljke?

C4 biljke su prisutne u suhim i visokim temperaturama. Otprilike 1% biljnih vrsta ima C4 biokemiju. Neki primjeri C4 biljaka su kukuruz i šećerna trska. Kao što naziv govori, ove biljke provode fotosintetski mehanizam C4. Smatra se da je fotosinteza C4 nastala prije gotovo 12 milijuna godina; dugo nakon evolucije C3 mehanizma. Postrojenja C4 sada se mogu bolje prilagoditi, jer su trenutačne razine ugljičnog dioksida znatno niže nego prije 100 milijuna godina.

C4 biljke su mnogo učinkovitije u hvatanju ugljičnog dioksida. Nadalje, fotosinteza C4 nalazi se u monocot i dicot vrstama. Za razliku od biljaka C3, prvi stabilni proizvod nastao tijekom fotosinteze je oksalooctena kiselina, koja je četvero-ugljični spoj. Ono što je najvažnije, listovi ovih biljaka pokazuju posebnu vrstu anatomije pod nazivom "Kranzova anatomija". Postoji krug snopa omotača sa kloroplastima oko vaskularnih snopa pomoću kojih se C4 biljke mogu prepoznati.

Slika 02: C4 biljke

Na tom putu fiksacija ugljičnog dioksida događa se dva puta. U citoplazmi staničnih mezofila, CO₂ prvo popravlja fosfoenolpiruvatom (PEP), koji djeluje kao primarni akceptor. Reakcija je katalizirana enzimom PEP karboksilaza. Zatim se PEP pretvara u malat, a zatim u piruvat oslobađajući CO₂. I, ovaj CO₂ ponovo fiksira po drugi put s Ribulose bisfosfatom, čime se formira 2 fosfoglicerata za provođenje Calvin ciklusa.

Koje su sličnosti između biljaka C3 i C4?

• I biljke C3 i C4 popravljaju ugljični dioksid i stvaraju ugljikohidrate.
• Oni provode tamnu reakciju.
• Također, obje vrste biljaka izvode iste svjetlosne reakcije.
• Nadalje, imaju kloroplaste za provođenje fotosinteze.
• Njihova je fotosintetska jednadžba slična.
• Štoviše, RuBP uključuje mračnu reakciju obje vrste biljaka.
• Obje biljke proizvode fosfoglicerat.

Koja je razlika između biljaka C3 i C4?

B3 biljke proizvode fosfoglicerinsku kiselinu kao prvi stabilan produkt mračne reakcije. To je tvar tri ugljika. S druge strane, biljke C4 proizvode oksalo-octenu kiselinu kao prvi stabilan proizvod reakcije u mraku. To je spoj s četiri ugljika. Stoga je to ključna razlika između biljaka C3 i C4.

Nadalje, fotosintetska učinkovitost C3 biljaka je manja od fotosintetske učinkovitosti C4 biljaka. To je zbog fotorespiracije koja se vidi u C3 biljkama, a koja je u C4 biljkama zanemarljiva. Dakle, to je još jedna razlika između biljaka C3 i C4. Kada se uzmu u obzir strukturne razlike, biljke C3 nemaju dvije vrste kloroplasta i Kranzovu anatomiju u lišću. S druge strane, biljke C4 imaju dvije vrste kloroplasta i u lišću pokazuju Kranzovu anatomiju. Dakle, to je i razlika između biljaka C3 i C4.

Nadalje, daljnja razlika između biljaka C3 i C4 je da biljke C3 fiksiraju ugljični dioksid samo jednom, dok C4 biljke dva puta fiksiraju ugljični dioksid. Zbog ove činjenice, asimilacija C je manja u biljkama C3, dok je asimilacija C visoka u biljkama C4. I ne samo to, C4 biljke mogu provesti fotosintezu kada su stomati zatvoreni i pod vrlo visokim svjetlosnim koncentracijama i niskim udjelom CO₂ koncentracije. Međutim, biljke C3 nisu u stanju provesti fotosintezu kad su stomati zatvoreni i pod vrlo visokim svjetlosnim koncentracijama i niskim udjelom CO₂ koncentracije. Dakle, ovo je i značajna razlika između biljaka C3 i C4. Nadalje, biljke C3 i C4 biljke razlikuju se od prvog akceleratora ugljičnog dioksida. RuBP je CO₂ akceptor u C3 postrojenjima dok je PEP prvi CO₂ akceptor u C4 biljkama.

Sažetak - C3 vs C4 biljke

C3 i C4 su dvije vrste biljaka. C3 biljke su vrlo česte dok su C4 biljke vrlo rijetke. Ključna razlika između biljaka C3 i C4 ovisi o prvom proizvodu ugljika koji nastaju tijekom reakcije u mraku. Postrojenja C3 provode Calvin ciklus i proizvode tri ugljikov spoj kao prvi stabilan proizvod, dok C4 postrojenja provode C4 mehanizam i proizvode četiri ugljikova spoja kao prvi stabilan proizvod. Nadalje, biljke C3 pokazuju manju fotosintetsku učinkovitost, dok biljke C4 pokazuju visoku fotosintetsku učinkovitost. Nadalje, biljke C3 nemaju Kranzovu anatomiju u lišću, a također nemaju dvije vrste kloroplasta. S druge strane, biljke C4 imaju Kranzovu anatomiju u svojim listovima, a imaju i dvije vrste kloroplasta. Dakle, ovo je sažetak C3 i C4 biljaka.

Referenca:

1. Szczepanik, et al. "O mehanizmu međusobne razmjene fotosinteze C 4 između ćelija Kranzovog mezofila i omotača u travama." OUP Academic, Oxford University Press, 28. ožujka 2008. Dostupno ovdje 
2. Study.com, Study.com. Dostupno ovdje 

Ljubaznošću slike:

1. "Pojednostavljeni dijagram fotorespiracije" Rachel Purdon - Vlastiti rad, (CC BY-SA 3.0) preko Commons Wikimedia 
2. "HatchSlackpathway2" napisao Adenosine (razgovor) - HatchSlackpathway.svg, (CC BY-SA 2.5) preko Commons Wikimedia