Основные отличия растений C3 C4 и CAM

Разница между путями C3, C4 и CAM

Усвоение углекислого газа из солнечного света для процесса фотосинтеза, а затем превращение его в глюкозу (энергию), синтезирующую различные продукты, является ключевым отличием между ними. Таким образом, во время фиксации CO2, когда фотосинтетические растения производят 3-фосфоглицериновую кислоту (PGA) или 3-углеродную кислоту в качестве первого продукта, это называется C3-путь .

Но когда фотосинтезирующее растение, прежде чем идти по пути С3, производит щавелевоуксусную кислоту (ОАА) или 4 -углеродное соединение в качестве своего первого стабильного продукта, его называют С4 или путь Хэтча и Шлака . Но когда растения поглощают энергию солнечного света в дневное время и используют эту энергию для усвоения или фиксации углекислого газа в ночное время, это называется метаболизмом толстой кислоты или САМ .

За этими процедурами следуют растения, определенные виды бактерий и водорослей для производства энергии, независимо от среды их обитания. Синтез энергии с использованием углекислого газа и воды в качестве основного источника для получения питательных веществ из воздуха и воды называется фотосинтезом. Это основной процесс для живого существа, которое производит пищу самостоятельно

В этом материале мы рассмотрим существенное различие между тремя типами путей, по которым следуют растения, и несколькими микроорганизмами, и небольшое описание о них.

Сравнительная таблица

Основа для сравнения C3 путь C4 путь CAM
Определение Такие растения, чей первый продукт после ассимиляции углерода от солнечного света — это 3-углеродная молекула или 3-фосфоглицериновая кислота для
производство энергии называется растениями С3, а путь называется путём С3. Это чаще всего используется растениями.
Растения в тропической зоне преобразуют энергию солнечного света в молекулу углерода С4 или в щавелево-уксусную кислоту, что происходит до цикла С3
и затем он далее преобразуется в энергию, называется растениями С4, а путь называется путём С4. Это более эффективно, чем путь C3.
Растения, которые накапливают энергию от солнца, а затем преобразуют ее в энергию в течение ночи, следуют за CAM или crassulacean кислотой.
метаболизм.
Клетки участвуют Клетки мезофилла. Мезофилловая клетка, пучки оболочек клеток. И С3, и С4 в одних и тех же клетках мезофилла.
пример Подсолнечник, шпинат, фасоль, рис, хлопок. Сахарный тростник, сорго и кукуруза. Кактусы, орхидеи.
Можно увидеть в Все фотосинтезирующие растения. В тропических растениях Полузасушливое состояние.
Типы растений, использующих этот цикл Мезофитный, гидрофитный, ксерофитный. Мезофильных. Ксерофитные.
Фотодыхание Присутствует в высоком темпе. Не легко обнаружить. Обнаруживается днем.
Для производства глюкозы Требуется 12 NADPH и 18 ATP. Требуется 12 NADPH и 30 ATP. Требуется 12 NADPH и 39 ATP.
Первый стабильный продукт 3-фосфоглицерат (3-PGA). Оксалоацетат (ОАА). Оксалоацетат (ОАА) ночью, 3 ПГА в дневное время.
Кальвин циклоператор В одиночестве. Наряду с циклом Хэтча и Слэка. С3 и хэтч и слабый цикл.
Оптимальная температура для фотосинтеза 15-25 ° C 30-40 ° С > 40 градусов ° C
Карбоксилирующий фермент RuBP карбоксилаза. В мезофилле: PEP карбоксилаза.
В связке оболочка: RuBP карбоксилаза.
В темноте: ПКП-карбоксилаза.
В свете: RUBP карбоксилаза.
Соотношение CO2: ATP: NADPH2 1: 3: 2 1: 5: 2 1: 6, 5: 2
Начальный акцептор СО2 Рибулозо-1, 5-biphophate (RuBP). Фосфоенолпируват (ПКП). Фосфоенолпируват (ПКП).
Анатомия Кранца Отсутствует. Настоящее время. Отсутствует.
Точка компенсации CO2 (промилле) 30-70. 6-10. 0-5 в темноте.

Определение пути С3 или цикла Кальвина.

Растения С3 известны как растения холодного сезона или умеренные . Они лучше всего растут при оптимальной температуре от 65 до 75 ° F с температурой почвы, подходящей на уровне 40-45 ° F. Эти типы растений демонстрируют меньшую эффективность при высокой температуре .

Основным продуктом растений C3 является 3-углеродная кислота или 3-фосфоглицериновая кислота (PGA) . Это считается первым продуктом при фиксации углекислого газа. Путь C3 проходит в три этапа: карбоксилирование, восстановление и регенерация.

Растения С3 превращаются в СО2 непосредственно в хлоропласте. С помощью рибулозобифосфаткарбоксилазы (RuBPcase) получают две молекулы 3-углеродной кислоты или 3-фосфоглицериновой кислоты . Этот 3-фосфоглицерик оправдывает название пути как C3.

На другом этапе NADPH и ATP фосфорилируют с получением 3-PGA и глюкозы. И затем цикл снова начинается с регенерации RuBP.

Путь C3 является одностадийным процессом, происходящим в хлоропласте. Эта органелла действует как хранилище солнечной энергии. Из общего количества растений, присутствующих на земле, 85 процентов используют этот путь для производства энергии.

Растения С3 могут быть многолетними или однолетними. Они очень белковые, чем растения C4. Примерами однолетних растений С3 являются пшеница, овес и рожь, а многолетние растения включают в себя феску, райграс и фруктовый сад. Растения С3 содержат больше белка, чем растения С4.

Определение пути С4 или пути Люка и Слака.

Растения, особенно в тропическом регионе, следуют по этому пути. Перед циклом Calvin или C3 некоторые растения следуют по пути C4 или Hatch and Slack. Это двухстадийный процесс, в котором получают щавелевоуксусную кислоту (ОАА), которая представляет собой 4-углеродное соединение . Это происходит в клетках оболочки мезофилла и связки, присутствующих в хлоропласте.

Когда 4-углеродное соединение произведено, оно отправляется в ячейку оболочки пучка, здесь молекула 4-углерода дополнительно расщепляется на диоксид углерода и соединение 3-кабона. В конце концов, путь C3 начинает генерировать энергию, где 3-углеродное соединение выступает в качестве предшественника.

Растения С4 также известны как теплые или тропические растения . Они могут быть многолетними или однолетними. Идеальная температура для этих растений — 90-95 ° F. Растения С4 гораздо эффективнее используют азот и собирают углекислый газ из почвы и атмосферы. Содержание белка низкое по сравнению с растениями С3.

Эти растения получили свое название от продукта под названием оксалоацетат, который является 4-угольной кислотой. Примерами многолетних растений C4 являются индийская трава, бермудские острова, просевная трава, крупный синий, а однолетние растения C4 — это суданга, кукуруза, жемчужное просо.

Определение растений CAM

Примечательное замечание, которое отличает этот процесс от вышеупомянутых двух, заключается в том, что при этом типе фотосинтеза организм поглощает энергию солнечного света в дневное время и использует эту энергию в ночное время для ассимиляции углекислого газа.

Это своего рода адаптация во время периодической засухи. Этот процесс допускает обмен газами в ночное время, когда температура воздуха ниже, и происходит потеря водяного пара.

Около 10% сосудистых растений адаптированы к фотосинтезу САМ, но в основном обнаруживаются у растений, выращенных в засушливых районах. Растения, такие как кактус и молочай, являются примерами. Даже орхидеи и бромелии приспособили этот путь из-за нерегулярного водоснабжения.

В дневное время малат декарбоксилируется для обеспечения CO2 для фиксации цикла Бенсона-Кальвина в закрытых устьицах. Главной особенностью растений CAM является ассимиляция ночью CO2 в яблочную кислоту, хранящуюся в вакуоле. PEP карбоксилаза играет основную роль в производстве малата.

Основные отличия растений C3, C4 и CAM.

Выше мы обсудим процедуру получения энергии этих различных типов, ниже мы обсудим ключевые различия между тремя:

  1. Путь C3 или растения C3 можно определить как те виды растений, у которых первым продуктом после ассимиляции углерода от солнечного света является 3-углеродная молекула или 3-фосфоглицериновая кислота для производства энергии. Это наиболее часто используется растениями; В то время как растения в тропической зоне преобразуют энергию солнечного света в молекулу углерода С4 или щавелевоуксусную кислоту, этот цикл происходит до цикла С3, а затем с помощью ферментов он осуществляет дальнейший процесс получения питательных веществ, называется растениями С4, а путь называется как путь С4. Этот путь более эффективен, чем путь C3. С другой стороны, растения, которые накапливают энергию солнца в дневное время, а затем преобразуют ее в энергию ночью, следуют за метаболизмом CAM или crassulacean кислотой .
  2. Клетки, участвующие в пути C3, представляют собой клетки мезофилла, а клетки, участвующие в пути C4, представляют собой клетки мезофилла, клетки оболочки пучка, но CAM следует за C3 и C4 в одних и тех же клетках мезофилла.
  3. Примером С3 являются Подсолнечник, Шпинат, Бобы, Рис, Хлопок, тогда как примером растений С4 является Сахарный тростник, Сорго и Кукуруза, а Кактусы, орхидеи, являются примерами растений САМ.
  4. C3 можно увидеть во всех фотосинтезирующих растениях, в то время как за C4 следуют тропические растения, а CAM — полузасушливые растения.
  5. Типы растений, использующих цикл C3, являются мезофитными, гидрофитными, ксерофитными, но C4 следует за мезофитными растениями, а Xerophytic следует за CAM.
  6. Фотодыхание присутствует с большей скоростью, но его трудно обнаружить в C4 и CAM.
  7. 12 NADPH и 18 ATP в цикле C3; 12 НАДФН и 30 АТФ в С4 и 12 НАДФН и 39 АТФ необходимы для производства глюкозы.
  8. 3-фосфоглицерат (3-PGA) является первым стабильным продуктом пути C3; Оксалоацетат (ОАА) для пути С4 и Оксалоацетат (ОАА) ночью, 3 PGA в дневное время в САМ.
  9. Оптимальная температура для фотосинтеза в С3 составляет 15-25 ° С; 30-40 ° C в растениях C4 и> 40 ° C в CAM
  10. Карбоксилирующий фермент представляет собой RuBP-карбоксилазу в растениях C3, но в растениях C4 это PEP-карбоксилаза (в мезофилле) и RuBP-карбоксилазу (в оболочке пучка), тогда как в CAM это PEP-карбоксилаза (в темноте) и RuBP-карбоксилаза (в свете).
  11. Соотношение CO2: ATP: NADPH2 1: 3: 2 в C3, 1: 5: 2 в C4 и 1: 6, 5: 2 в CAM.
  12. Исходным акцептором CO2 является рибулозо-1, 5-бифосфат (RuBP) в пути C3 и фосфоенолпируват (PEP) в C4 и CAM.
  13. Анатомия Кранца присутствует только в пути С4 и отсутствует у растений С3 и САМ.
  14. Точка компенсации CO2 (ppm) составляет 30-70 для установки C3; 6-10 в C4 растениях и 0-5 в темноте в CAM.
Читайте:  Какие травы используют для очищения организма

Вывод

Мы все знаем о том, что растения готовят пищу в процессе фотосинтеза. Они превращают атмосферный углекислый газ в растительную пищу или энергию (глюкозу). Но поскольку растения растут в разных местах обитания, они имеют разные атмосферные и климатические условия; они отличаются в процессе получения энергии.

Как и в случае, когда пути C4 и CAM являются двумя адаптациями, возникшими в результате естественного отбора, для выживания растений с высокой температурой и засушливой области. Таким образом, мы можем сказать, что это три различных биохимических метода растений для получения энергии, и C3 является наиболее распространенным среди них.

Источник



Сравните С-4 и САМ- фотосинтез. Каковы физиологические и экологические особенности этих процессов?

С-4 растения- растения, у которых первыми продуктами фотосинтеза являются кислоты, содержащие четыре атома углерода (яблочная, щавелевоуксусная и аспарагиновая), а не С3-кислоты (фосфоглицериновая). С4 — растения тропиков, С3 — умеренной зоны. Для С4-растений характерно особое анатомическое строение листа: все проводящие пучки у них окружены двойным слоем клеток. Хлоропласты клеток внутреннего слоя – обкладка проводящего пучка- отличаются по форме от хлоропластов в клетках мезофилла, из которых состоит наружный слой (диморфизм хлоропластов). Путь Хэтча-Слэка связан с транспортировкой СО2 и водорода из клеток мезофилла в клетки обкладки проводящего пучка. В этих клетках двуокись углерода фиксируется точно так же, как и у С3-растений, а водород используется для ее восстановления.

Фиксация СО2 в клетках мезофилла.

СО2 фиксируется в цитоплазме клеток мезофилла в соответствии с уравнением: ФЕП (С3) + СО2 à Оксалоацетат (С4). (С участием ФЕП-карбоксилазы) Акцептор СО2 – ФЕП, а не рибулозобисфосфат. Фосфоенолпируват-карбоксилаза имеет ряд преимуществ перед РиБФ-карбоксилазой: 1) Имеет более высокое сродство к СО2 2) Не взаимодействует с О2 и не участвует в фотодыхании. Образующийся оксалоацетат превращается в малат или аспартат, которые содержат по 4 атома углерода. (это дикарбоновые кислоты).

Малатный шунт. Через плазмодесмы в клеточных стенках малат переходит в хлоропласты клеток обкладки проводящих пучков. Там он используется для образования СО2 (путем декарбоксилирования), Н2 (за счет окисления) и пирувата. Выделяющийся при этом водород восстанавливает НАДФ до НАДФ*Н2.

Регенерация акцептора СО2. Пируват возвращается в клетки мезофилла и используется там для регенерации ФЕП путем присоединения фосфатной группы от АТФ к пирувату. На транспорт СО2 и водорода из клеток мезофилла в хлоропласты клеток обкладки проводящих пучков расходуется две высокоэнергетические фосфатные связи.

Повторная фиксация СО2 в клетках обкладки проводящих пучков. В хлоропластах клеток обкладки проводящих пучков образуются СО2, НАДФ*Н2 и пируват. Затем СО2 повторно фиксируется РиБФ-карбоксилазой в обычном С3-пути, где используется также и НАДФ*Н2.Главное преимущество С4-фотосинтеза значительно возрастает эфективность фиксации СО2, а углерод не теряется бесполезно в результате фотодыхания. В результате фотосинтез у С4-растений более эффективен. Фиксация СО2 происходит очень быстро, они быстрее растут. Лучше переносят засуху, более эффективно используют высокую интенсивность освещения и высокие Т, т.к. max. скорость фиксации СО2.В р-нах где интенсивность света меньше, С3-растения успешно конкурируют с С4, т.к. не нуждаются в дополнительной энергии

САМ-фотосинтез. CАМ- Сrassulacean Acid Metabolism (Кислотный метаболизм толстянки)

Он встречается у растений произрастающих в местах с высокой инсоляцией. Например, кактус, толстянка. У этих растений устьица открываются только ночью, за ночь набирают CO2 в виде малата и накапливают его в вакуолях. Утром устьица закрываются и начинается фиксация малата. Во время засухи растения могут устьица не открывать. Особый интерес вызывает способ фиксации углекис­лого газа, имеющийся у суккулентов, произрастающих в условиях регулярных засух (например, у кактусов, каланхое, очитков и др.). Для экономии воды устьица этих растений днем закрыты, открываются они лишь ночью, тог­да и происходит газообмен между атмосферным воздухом и воздухом межклетников. Поглощенный при этом СО2 сразу же связывается фосфоенолпируватом (который об­разуется из крахмала), при этом образуется яблочная кис­лота (рис. 184). Поскольку ночью без света фотосинтез не происходит, события на этом временно приостанавлива­ются до утра. С наступлением светлого времени суток реакции продолжаются. Вначале происходит декарбоксилирование яблочной кислоты с выделением трехуглеродного соединения и СО2. Углекислый газ взаимодей­ствует с рибулёзо-1,5-бифосфатом и, таким образом, включается в цикл Кальвина, а из трехуглеродного соединения регенерирует фосфоенолпируват. Видно, что у таких растений имеется много общего с С4-растениями, но, в отличие от последних, здесь все процессы идут в одних и тех же клетках, но в раз­ное время. Такие, зависящие от времени суток процес­сы, при которых ночью углекислый газ накапливается с образованием органических кислот, а днем эти кис­лоты распадаются с образованием углекислого газа (ко­торый при этом включается в цикл Кальвина), впервые были обнаружены у представителей семейства толстянковых (Crassulaceae). Поэтому они по­лучили название САМ-метаболизма <англ, Crassulacean acid metabolism — метаболизм кислот толстянковых), или фотосинтеза по типу толстянковых.

Источник

Разница между растениями С3 и С4

Разница между растениями С3 и С4

Растения С3 и С4 представляют собой растения двух типов, использующие циклы С3 и С4 во время темновой реакции фотосинтеза соответственно. Около 95% растений на земле — это растения С3. Сахарный тростник, сорго, кукуруза и травы являются растениями С4. Листья растений С4 имеют анатомию Кранца. Растения С4 способны к фотосинтезу даже в низких концентрациях углекислого газа, а также в жарких и сухих условиях. Следовательно, эффективность фотосинтеза у растений C4 выше, чем у растений C3. главное отличие между растениями С3 и С4 является то, что однократная фиксация углекислого газа наблюдается у растений C3 и двойная фиксация углекислого газа наблюдается у растений C4.

Эта статья исследует,

1. Что такое растения С3
— определение, характеристики, особенности, примеры
2. Что такое растения С4
— определение, характеристики, особенности, примеры
3. В чем разница между растениями С3 и С4

Что такое растения С3

Растения С3 используют цикл Кальвина в качестве механизма темновой реакции при фотосинтезе. Первым стабильным соединением, полученным в цикле Кальвина, является 3-фосфоглицерат. Поскольку 3-фосфоглицерат представляет собой трехуглеродное соединение, цикл Кальвина называется циклом С3. Растения С3 непосредственно связывают углекислый газ с помощью фермента рибулозобисфосфаткарбоксилазы (рубиско). Эта фиксация происходит в хлоропластах клеток мезофилла. Цикл С3 происходит в три этапа. На первом этапе диоксид углерода фиксируется в пятиуглеродном сахаре, рибулозо-1,5-бисфосфате, который альтернативно гидролизуется в 3-фосфоглицерат. Некоторые из 3-фосфоглицератов восстанавливаются в гексозофосфаты, такие как глюкозо-6-фосфат, глюкозо-1-фосфат и фруктозо-6-фосфат во время второй стадии. Оставшиеся 3-фосфоглицераты рециркулируют, образуя рибулозо-1,5-фосфат.

Оптимальный температурный диапазон растений C3 составляет 65-75 градусов по Фаренгейту. Когда температура почвы достигает 40-45 градусов по Фаренгейту, растения С3 начинают расти. Поэтому растения С3 называются растения холодного сезона, Эффективность фотосинтеза становится низкой с ростом температуры. В течение весны и осени растения C3 становятся продуктивными из-за высокой влажности почвы, более короткого фотопериода и прохладной температуры. Летом растения С3 менее продуктивны из-за высокой температуры и меньшей влажности почвы. Растения С3 могут быть однолетними растениями, такими как пшеница, овес и рожь, или многолетними растениями, такими как феска и фруктовый сад. Поперечное сечение листа Arabidopsis thaliana, который является растением C3 показано на Рисунок 1, Ячейки оболочки пучка показаны розовым цветом.

Читайте:  Систематические единицы вид род семейство порядок класс отдел царство растения

Рисунок 1: Лист Arabidopsis thaliana

Что такое растения С4

Растения С4 используют цикл Хэтча-Стэка в качестве механизма реакции при темновой реакции фотосинтеза. Первым стабильным соединением, полученным в цикле Хэтча-Стека, является оксалоацетат. Поскольку оксалоацетат является четырехуглеродным соединением, цикл Хэтча-Стека называется циклом С4. Растения С4 фиксируют двуокись углерода дважды, в клетках мезофилла, а затем в клетках оболочки пучка, ферментами фосфоенолпируваткарбоксилазой и рибулозобисфосфаткарбоксилазой (рубиско) соответственно. Фосфоенолпируват в клетках мезофилла конденсируется с диоксидом углерода, образуя оксалоацетат. Этот оксалоацетат превращается в малат, чтобы перейти в клетки оболочки пучка. Внутри ячеек оболочки пучка малат декарбоксилируется, что делает диоксид углерода доступным для цикла Кальвина в этих клетках. Затем двуокись углерода фиксируется во второй раз в ячейках оболочки пучка.

Оптимальная температура растений C4 составляет 90-95 градусов по Фаренгейту. Растения С4 начинают расти при температуре 60-65 градусов по Фаренгейту. Поэтому растения С4 называются растениями тропического или теплого сезона. Растения С4 более эффективно собирают углекислый газ и воду из почвы. Газообменные поры устьиц закрыты в течение большинства часов дня, чтобы уменьшить чрезмерную потерю влаги в сухих и жарких условиях. Однолетние растения С4 — кукуруза, жемчужная и суданграсс. Многолетними растениями С4 являются бермуды, индийская трава и проса. Листья растений С4 имеют анатомию Кранца. Фотосинтезирующие пучки оболочек клетки покрывают сосудистые ткани листа. Эти клетки оболочки пучка окружены клетками мезофилла. Поперечное сечение листа кукурузы с анатомией Кранца показано на фигура 2.

Рисунок 2: Лист кукурузы

Разница между растениями С3 и С4

Альтернативные имена

C3 Растения: Растения С3 называют прохладными сезонными растениями.

C4 Растения: Растения С4 называются растениями теплого сезона.

Анатомия Кранца

C3 Растения: Листья растений С3 лишены анатомии Кранца.

C4 Растения: Листья растений С4 обладают анатомией Кранца.

ячейки

C3 Растения: У растений C3 темная реакция осуществляется клетками мезофилла. В связке оболочек клеток отсутствуют хлоропласты.

C4 Растения: У растений C4 темная реакция осуществляется как клетками мезофилла, так и клетками оболочки пучка.

Хлоропласты

C3 Растения: Хлоропласты растений С3 мономорфны. Растения С3 содержат только гранулированные хлоропласты.

C4 Растения: Хлоропласты растений С4 диморфны. Растения С4 содержат как гранулярные, так и агранулярные хлоропласты.

Периферийный ретикулум

C3 Растения: Хлоропластам растений С3 не хватает периферической сети.

C4 Растения: Хлоропласты растений С4 содержат периферический ретикулум.

Фотосистема II

C3 Растения: Хлоропласты растений С3 состоят из PS II.

C4 Растения: Хлоропласты растений C4 не состоят из PS II.

Устьица

C3 Растения: Фотосинтез тормозится, когда устьица закрыта.

C4 Растения: Фотосинтез происходит даже тогда, когда устьица закрыта.

Фиксация углекислого газа

C3 Растения: Единственная фиксация углекислым газом происходит в растениях C3.

C4 Растения: Двойная фиксация углекислым газом происходит у растений C4.

Эффективность в фиксации углекислого газа

C3 Растения: Фиксация углекислого газа менее эффективна и медленна на растениях С3.

C4 Растения: Фиксация углекислого газа является более эффективной и быстрой на заводах C4.

Эффективность фотосинтеза

C3 Растения: Фотосинтез менее эффективен у растений C3.

C4 Растения: Фотосинтез эффективен у растений C4.

Фотодыхание

C3 Растения: Фотодыхание происходит у растений С3, когда концентрация углекислого газа низкая.

C4 Растения: При низких концентрациях углекислого газа фотодыхание не наблюдается.

Оптимальная температура

C3 Растения: Оптимальный температурный диапазон растений C3 составляет 65-75 градусов по Фаренгейту.

C4 Растения: Оптимальный температурный диапазон растений C4 составляет 90-95 градусов по Фаренгейту.

Фермент карбоксилазы

C3 Растения: Фермент карбоксилаза является Rubisco в растениях C3.

C4 Растения: Фермент карбоксилаза представляет собой PEP-карбоксилазу и рубиско в растениях C4.

Первое стабильное соединение в темной реакции

C3 Растения: Первое стабильное соединение, полученное в цикле С3, представляет собой трехуглеродное соединение, называемое 3-фосфоглицериновой кислотой.

C4 Растения: Первое стабильное соединение, полученное в цикле С4, представляет собой четырехуглеродное соединение, называемое щавелевоуксусной кислотой.

Содержание белка в растении

C3 Растения: Растения С3 содержат большое количество белка.

C4 Растения: Растения С4 содержат меньше белка по сравнению с растениями С3.

Заключение

Растения С3 и С4 используют различные метаболические реакции во время темновой реакции фотосинтеза. Растения С3 используют цикл Кальвина, тогда как растения С4 используют цикл Хэтча-Слака. У растений C3 темная реакция происходит в клетках мезофилла путем фиксации углекислого газа непосредственно в рибулозо-1,5-бисфосфате. В растениях C4 углекислый газ фиксируется в фосфоенолпирувате, образуя малат, чтобы перейти в клетки оболочки пучка, где происходит цикл Кальвина. Следовательно, двуокись углерода фиксируется дважды в растениях С4. Чтобы приспособиться к механизму С4, листья растений С4 демонстрируют анатомию Кранца. Эффективность фотосинтеза у растений C4 высока по сравнению с растениями C3. Растения С4 способны проводить фотосинтез даже после закрытия устьиц. Следовательно, основное различие между растениями С3 и С4 заключается в их метаболических реакциях, действующих во время темновой реакции фотосинтеза.

Ссылка:
1. Берг, Джереми М. «Цикл Кальвина синтезирует гексозы из двуокиси углерода и воды». Биохимия. 5-е издание. Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г. Веб. 16 апреля 2017 г.
2. Лодиш, Харви. «Метаболизм СО2 во время фотосинтеза». Молекулярная клеточная биология. 4-е издание. Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г. Веб. 16 апреля 2017 г.

Изображение предоставлено:
1. «Поперечное сечение Arabidopsis thaliana, растение С3». Нинхуэй Ши — собственная работа

Источник

С3 растения с4 растения сам таблица примеры

Усвоение углекислого газа из солнечного света для процесса фотосинтеза, а затем превращение его в глюкозу (энергию), синтезирующую различные продукты, является ключевым отличием между ними. Таким образом, во время фиксации CO2, когда фотосинтетические растения производят 3-фосфоглицериновую кислоту (PGA) или 3-углеродную кислоту в качестве первого продукта, это называется C3-путь .

Но когда фотосинтезирующее растение, прежде чем идти по пути С3, производит щавелевоуксусную кислоту (ОАА) или 4 -углеродное соединение в качестве своего первого стабильного продукта, его называют С4 или путь Хэтча и Шлака . Но когда растения поглощают энергию солнечного света в дневное время и используют эту энергию для усвоения или фиксации углекислого газа в ночное время, это называется метаболизмом толстой кислоты или САМ .

За этими процедурами следуют растения, определенные виды бактерий и водорослей для производства энергии, независимо от среды их обитания. Синтез энергии с использованием углекислого газа и воды в качестве основного источника для получения питательных веществ из воздуха и воды называется фотосинтезом. Это основной процесс для живого существа, которое производит пищу самостоятельно

В этом материале мы рассмотрим существенное различие между тремя типами путей, по которым следуют растения, и несколькими микроорганизмами, и небольшое описание о них.

Сравнительная таблица

Основа для сравнения C3 путь C4 путь CAM
Определение Такие растения, чей первый продукт после ассимиляции углерода от солнечного света — это 3-углеродная молекула или 3-фосфоглицериновая кислота для
производство энергии называется растениями С3, а путь называется путём С3. Это чаще всего используется растениями.
Растения в тропической зоне преобразуют энергию солнечного света в молекулу углерода С4 или в щавелево-уксусную кислоту, что происходит до цикла С3
и затем он далее преобразуется в энергию, называется растениями С4, а путь называется путём С4. Это более эффективно, чем путь C3.
Растения, которые накапливают энергию от солнца, а затем преобразуют ее в энергию в течение ночи, следуют за CAM или crassulacean кислотой.
метаболизм.
Клетки участвуют Клетки мезофилла. Мезофилловая клетка, пучки оболочек клеток. И С3, и С4 в одних и тех же клетках мезофилла.
пример Подсолнечник, шпинат, фасоль, рис, хлопок. Сахарный тростник, сорго и кукуруза. Кактусы, орхидеи.
Можно увидеть в Все фотосинтезирующие растения. В тропических растениях Полузасушливое состояние.
Типы растений, использующих этот цикл Мезофитный, гидрофитный, ксерофитный. Мезофильных. Ксерофитные.
Фотодыхание Присутствует в высоком темпе. Не легко обнаружить. Обнаруживается днем.
Для производства глюкозы Требуется 12 NADPH и 18 ATP. Требуется 12 NADPH и 30 ATP. Требуется 12 NADPH и 39 ATP.
Первый стабильный продукт 3-фосфоглицерат (3-PGA). Оксалоацетат (ОАА). Оксалоацетат (ОАА) ночью, 3 ПГА в дневное время.
Кальвин циклоператор В одиночестве. Наряду с циклом Хэтча и Слэка. С3 и хэтч и слабый цикл.
Оптимальная температура для фотосинтеза 15-25 ° C 30-40 ° С > 40 градусов ° C
Карбоксилирующий фермент RuBP карбоксилаза. В мезофилле: PEP карбоксилаза.
В связке оболочка: RuBP карбоксилаза.
В темноте: ПКП-карбоксилаза.
В свете: RUBP карбоксилаза.
Соотношение CO2: ATP: NADPH2 1: 3: 2 1: 5: 2 1: 6, 5: 2
Начальный акцептор СО2 Рибулозо-1, 5-biphophate (RuBP). Фосфоенолпируват (ПКП). Фосфоенолпируват (ПКП).
Анатомия Кранца Отсутствует. Настоящее время. Отсутствует.
Точка компенсации CO2 (промилле) 30-70. 6-10. 0-5 в темноте.
Читайте:  Гидрокотила белоголовая или щитолистник Hydrocotyle leucocephala

Определение пути С3 или цикла Кальвина.

Растения С3 известны как растения холодного сезона или умеренные . Они лучше всего растут при оптимальной температуре от 65 до 75 ° F с температурой почвы, подходящей на уровне 40-45 ° F. Эти типы растений демонстрируют меньшую эффективность при высокой температуре .

Основным продуктом растений C3 является 3-углеродная кислота или 3-фосфоглицериновая кислота (PGA) . Это считается первым продуктом при фиксации углекислого газа. Путь C3 проходит в три этапа: карбоксилирование, восстановление и регенерация.

Растения С3 превращаются в СО2 непосредственно в хлоропласте. С помощью рибулозобифосфаткарбоксилазы (RuBPcase) получают две молекулы 3-углеродной кислоты или 3-фосфоглицериновой кислоты . Этот 3-фосфоглицерик оправдывает название пути как C3.

На другом этапе NADPH и ATP фосфорилируют с получением 3-PGA и глюкозы. И затем цикл снова начинается с регенерации RuBP.

Путь C3 является одностадийным процессом, происходящим в хлоропласте. Эта органелла действует как хранилище солнечной энергии. Из общего количества растений, присутствующих на земле, 85 процентов используют этот путь для производства энергии.

Растения С3 могут быть многолетними или однолетними. Они очень белковые, чем растения C4. Примерами однолетних растений С3 являются пшеница, овес и рожь, а многолетние растения включают в себя феску, райграс и фруктовый сад. Растения С3 содержат больше белка, чем растения С4.

Определение пути С4 или пути Люка и Слака.

Растения, особенно в тропическом регионе, следуют по этому пути. Перед циклом Calvin или C3 некоторые растения следуют по пути C4 или Hatch and Slack. Это двухстадийный процесс, в котором получают щавелевоуксусную кислоту (ОАА), которая представляет собой 4-углеродное соединение . Это происходит в клетках оболочки мезофилла и связки, присутствующих в хлоропласте.

Когда 4-углеродное соединение произведено, оно отправляется в ячейку оболочки пучка, здесь молекула 4-углерода дополнительно расщепляется на диоксид углерода и соединение 3-кабона. В конце концов, путь C3 начинает генерировать энергию, где 3-углеродное соединение выступает в качестве предшественника.

Растения С4 также известны как теплые или тропические растения . Они могут быть многолетними или однолетними. Идеальная температура для этих растений — 90-95 ° F. Растения С4 гораздо эффективнее используют азот и собирают углекислый газ из почвы и атмосферы. Содержание белка низкое по сравнению с растениями С3.

Эти растения получили свое название от продукта под названием оксалоацетат, который является 4-угольной кислотой. Примерами многолетних растений C4 являются индийская трава, бермудские острова, просевная трава, крупный синий, а однолетние растения C4 — это суданга, кукуруза, жемчужное просо.

Определение растений CAM

Примечательное замечание, которое отличает этот процесс от вышеупомянутых двух, заключается в том, что при этом типе фотосинтеза организм поглощает энергию солнечного света в дневное время и использует эту энергию в ночное время для ассимиляции углекислого газа.

Это своего рода адаптация во время периодической засухи. Этот процесс допускает обмен газами в ночное время, когда температура воздуха ниже, и происходит потеря водяного пара.

Около 10% сосудистых растений адаптированы к фотосинтезу САМ, но в основном обнаруживаются у растений, выращенных в засушливых районах. Растения, такие как кактус и молочай, являются примерами. Даже орхидеи и бромелии приспособили этот путь из-за нерегулярного водоснабжения.

В дневное время малат декарбоксилируется для обеспечения CO2 для фиксации цикла Бенсона-Кальвина в закрытых устьицах. Главной особенностью растений CAM является ассимиляция ночью CO2 в яблочную кислоту, хранящуюся в вакуоле. PEP карбоксилаза играет основную роль в производстве малата.

Основные отличия растений C3, C4 и CAM.

Выше мы обсудим процедуру получения энергии этих различных типов, ниже мы обсудим ключевые различия между тремя:

  1. Путь C3 или растения C3 можно определить как те виды растений, у которых первым продуктом после ассимиляции углерода от солнечного света является 3-углеродная молекула или 3-фосфоглицериновая кислота для производства энергии. Это наиболее часто используется растениями; В то время как растения в тропической зоне преобразуют энергию солнечного света в молекулу углерода С4 или щавелевоуксусную кислоту, этот цикл происходит до цикла С3, а затем с помощью ферментов он осуществляет дальнейший процесс получения питательных веществ, называется растениями С4, а путь называется как путь С4. Этот путь более эффективен, чем путь C3. С другой стороны, растения, которые накапливают энергию солнца в дневное время, а затем преобразуют ее в энергию ночью, следуют за метаболизмом CAM или crassulacean кислотой .
  2. Клетки, участвующие в пути C3, представляют собой клетки мезофилла, а клетки, участвующие в пути C4, представляют собой клетки мезофилла, клетки оболочки пучка, но CAM следует за C3 и C4 в одних и тех же клетках мезофилла.
  3. Примером С3 являются Подсолнечник, Шпинат, Бобы, Рис, Хлопок, тогда как примером растений С4 является Сахарный тростник, Сорго и Кукуруза, а Кактусы, орхидеи, являются примерами растений САМ.
  4. C3 можно увидеть во всех фотосинтезирующих растениях, в то время как за C4 следуют тропические растения, а CAM — полузасушливые растения.
  5. Типы растений, использующих цикл C3, являются мезофитными, гидрофитными, ксерофитными, но C4 следует за мезофитными растениями, а Xerophytic следует за CAM.
  6. Фотодыхание присутствует с большей скоростью, но его трудно обнаружить в C4 и CAM.
  7. 12 NADPH и 18 ATP в цикле C3; 12 НАДФН и 30 АТФ в С4 и 12 НАДФН и 39 АТФ необходимы для производства глюкозы.
  8. 3-фосфоглицерат (3-PGA) является первым стабильным продуктом пути C3; Оксалоацетат (ОАА) для пути С4 и Оксалоацетат (ОАА) ночью, 3 PGA в дневное время в САМ.
  9. Оптимальная температура для фотосинтеза в С3 составляет 15-25 ° С; 30-40 ° C в растениях C4 и> 40 ° C в CAM
  10. Карбоксилирующий фермент представляет собой RuBP-карбоксилазу в растениях C3, но в растениях C4 это PEP-карбоксилаза (в мезофилле) и RuBP-карбоксилазу (в оболочке пучка), тогда как в CAM это PEP-карбоксилаза (в темноте) и RuBP-карбоксилаза (в свете).
  11. Соотношение CO2: ATP: NADPH2 1: 3: 2 в C3, 1: 5: 2 в C4 и 1: 6, 5: 2 в CAM.
  12. Исходным акцептором CO2 является рибулозо-1, 5-бифосфат (RuBP) в пути C3 и фосфоенолпируват (PEP) в C4 и CAM.
  13. Анатомия Кранца присутствует только в пути С4 и отсутствует у растений С3 и САМ.
  14. Точка компенсации CO2 (ppm) составляет 30-70 для установки C3; 6-10 в C4 растениях и 0-5 в темноте в CAM.

Вывод

Мы все знаем о том, что растения готовят пищу в процессе фотосинтеза. Они превращают атмосферный углекислый газ в растительную пищу или энергию (глюкозу). Но поскольку растения растут в разных местах обитания, они имеют разные атмосферные и климатические условия; они отличаются в процессе получения энергии.

Как и в случае, когда пути C4 и CAM являются двумя адаптациями, возникшими в результате естественного отбора, для выживания растений с высокой температурой и засушливой области. Таким образом, мы можем сказать, что это три различных биохимических метода растений для получения энергии, и C3 является наиболее распространенным среди них.

Источник