Kľúčovým rozdielom medzi týmito tromi je asimilácia oxidu uhličitého zo slnečného žiarenia, pre proces fotosyntézy a jeho premena na glukózu (energiu) syntetizujúcu rôzne produkty . Takže počas fixácie CO2, keď fotosyntetické rastliny produkujú kyselinu 3-fosfoglycerínovú (PGA) alebo kyselinu 3-uhlíkovú ako prvý produkt sa nazýva dráha C3 .
Keď však fotosyntetická rastlina pred prechodom na cestu C3 produkuje kyselinu oxalooctovú (OAA) alebo zlúčeninu 4-uhlík ako prvý stabilný produkt, nazýva sa cesta C4 alebo Hatch and Slack pathway . Ale keď rastliny absorbujú energiu slnečného žiarenia v dennej dobe a túto energiu používajú na asimiláciu alebo fixáciu oxidu uhličitého v noci, nazýva sa metabolizmus kyseliny krasové alebo CAM .
Tieto postupy sa riadia rastlinami, určitými druhmi baktérií a rias na výrobu energie, nezávisle od ich biotopu. Syntéza energie pomocou oxidu uhličitého a vody ako primárneho zdroja na získavanie živín zo vzduchu a vody sa nazýva fotosyntéza. Toto je prvotný proces pre živú bytosť, ktorá produkuje jedlo sama
V tomto obsahu zvážime zásadný rozdiel medzi tromi typmi ciest, ktorými sa rastliny pohybujú, a málo mikroorganizmov a malý opis o nich.
Porovnávacia tabuľka
| Základ pre porovnanie | Cesta C3 | Cesta C4 | CAM |
|---|---|---|---|
| definícia | Tieto rastliny, ktorých prvým produktom po asimilácii uhlíka slnečným žiarením je 3-uhlíková molekula alebo kyselina 3-fosfoglycerínová pre výroba energie sa nazýva C3 rastliny a dráha sa nazýva dráha C3. Najčastejšie sa používa v rastlinách. | Rastliny v tropickej oblasti prevádzajú energiu slnečného svetla na uhlíkovú molekulu C4 alebo kyselinu oxaloacetovú, ktorá sa uskutočňuje pred cyklom C3 a potom sa ďalej prevádza na energiu, nazýva sa C4 rastliny a cesta sa nazýva C4 cesta. Toto je účinnejšie ako cesta C3. | Rastliny, ktoré ukladajú energiu zo slnka a potom ju v noci prevádzajú na energiu, nasledujú CAM alebo kyselinu crassulacean metabolizmus. |
| Zapojené bunky | Mezofylové bunky. | Bunka mezofylu, bunky zväzku plášťa. | C3 aj C4 v rovnakých mezofylových bunkách. |
| príklad | Slnečnica, špenát, fazuľa, ryža, bavlna. | Cukrová trstina, cirok a kukurica. | Kaktusy, orchidey. |
| Vidno v | Všetky fotosyntetické rastliny. | V tropických rastlinách | Polo suchý stav. |
| Typy rastlín využívajúcich tento cyklus | Mezofytický, hydrofytický, xerofytický. | Mesophytic. | Xerophytic. |
| fotorespirace | Prítomný vo vysokej miere. | Nie je ľahké zistiť. | Detekovateľné poobede. |
| Na výrobu glukózy | Vyžaduje sa 12 NADPH a 18 ATP. | Vyžaduje sa 12 NADPH a 30 ATP. | Vyžaduje sa 12 NADPH a 39 ATP. |
| Prvý stabilný produkt | 3-fosfoglycerát (3-PGA). | Oxaloacetát (OAA). | Oxaloacetát (OAA) v noci, 3 PGA vo dne. |
| Kalvinov cyklus funkčný | Sám. | Spolu s cyklom Hatch and Slack. | Cyklus C3 a Hatch a Slack. |
| Optimálna teplota pre fotosyntézu | 15 až 25 ° C | 30 až 40 ° C | > 40 ° C |
| Karboxylačný enzým | RuBP karboxyláza. | V mezofyle: PEP karboxyláza. Vo zväzku puzdra: RuBP karboxyláza. | V tme: PEP karboxyláza. Vo svetle: RUBP karboxyláza. |
| Pomer C02: ATP: NADPH2 | 1: 3: 2 | 1: 5: 2 | 1: 6, 5: 2 |
| Počiatočný prijímač CO2 | Ribulosa-1, 5-biphophate (RuBP). | Fosfoenolpyruvát (PEP). | Fosfoenolpyruvát (PEP). |
| Kranzova anatómia | Chýba. | Súčasnosť. | Chýba. |
| Kompenzačný bod CO2 (ppm) | 30-70. | 6-10. | 0-5 v tme. |
Definícia dráhy C3 alebo Calvinovho cyklu.
Rastliny C3 sú známe ako rastliny chladného obdobia alebo mierne rastliny . Najlepšie rastú pri optimálnej teplote 65 až 75 ° F s teplotou pôdy vhodnou na 40 až 45 ° F. Tieto typy rastlín vykazujú účinnosť pri vysokej teplote .
Primárnym produktom rastlín C3 je kyselina 3-uhlíková alebo kyselina 3-fosfoglycerínová (PGA) . Toto sa považuje za prvý produkt počas fixácie oxidu uhličitého. Dráha C3 sa dokončí v troch krokoch: karboxylácia, redukcia a regenerácia.
C3 rastliny sa redukujú na CO2 priamo v chloroplaste. Pomocou ribulózo-bifosfátkarboxylázy (RuBPcase) vznikajú dve molekuly kyseliny 3-uhlíkovej alebo kyseliny 3-fosfoglycerínovej . Toto 3-fosfoglycerín zdôvodňuje názov dráhy ako C3.
V ďalšom kroku NADPH a ATP fosforylujú za vzniku 3-PGA a glukózy. A potom cyklus znova začína regeneráciou RuBP.
Dráha C3 je jednokrokový proces, ktorý prebieha v chloroplaste. Táto organelle slúži ako akumulácia slnečnej energie. Z celkového množstva rastlín prítomných na Zemi 85% využíva túto cestu na výrobu energie.
Rastliny C3 môžu byť trvalé alebo jednoročné. Sú vysoko bielkovinové ako rastliny C4. Príkladmi jednoročných rastlín C3 sú pšenica, ovos a raž a rastliny perennia l zahŕňajú fescues, ražnú zeleninu a sadovníku. Rastliny C3 poskytujú vyššie množstvo proteínu ako rastliny C4.
Definícia cesty C4 alebo cesty Hatch and Slack.
Rastliny, najmä v tropickej oblasti, nasledujú túto cestu. Pred cyklom Calvin alebo C3 sa niektoré rastliny pohybujú po ceste C4 alebo Hatch and Slack. Je to dvojstupňový proces, pri ktorom sa vyrába kyselina oxalooctová (OAA), čo je 4-uhlíková zlúčenina . Vyskytuje sa v mezofylovej bunke a bunke puzdra prítomnej v chloroplaste.
Keď sa vyrobí 4-uhlíková zlúčenina, pošle sa do bunky puzdra zväzku, kde sa 4-uhlíková molekula ďalej rozdelí na oxid uhličitý a 3-uhlíkovú zlúčeninu. Nakoniec, dráha C3 začína produkovať energiu, kde 3-uhlíková zlúčenina pôsobí ako prekurzor.
C4 rastliny sú známe aj ako zimné alebo tropické rastliny . Môžu byť trvalé alebo ročné. Ideálna teplota pre tieto rastliny je 90 - 95 ° F. Rastliny C4 sú oveľa efektívnejšie pri využívaní dusíka a pri zhromažďovaní oxidu uhličitého z pôdy a atmosféry. Obsah proteínov je nízky v porovnaní s rastlinami C3.
Tieto rastliny sa pomenovali produktom nazývaným oxaloacetát, čo je 4 uhlíková kyselina. Príkladmi trvalých rastlín C4 sú indická tráva, bermudagrass, switchgrass, big bluestem a jednoročných rastlín C4 sú sudangrasses, kukurica, perla.
Definícia CAM rastlín
Pozoruhodná poznámka, ktorá odlišuje tento proces od vyššie uvedených dvoch, je, že pri tomto type fotosyntézy organizmus absorbuje energiu zo slnečného svetla v dennej dobe a túto energiu využíva v noci na asimiláciu oxidu uhličitého.
Je to druh adaptácie v čase periodického sucha. Tento proces umožňuje výmenu plynov v noci, keď je teplota vzduchu chladnejšia a dochádza k strate vodnej pary.
Približne 10% vaskulárnych rastlín adaptovalo fotosyntézu CAM, ale nachádzalo sa hlavne v rastlinách pestovaných vo vyprahnutej oblasti. Príkladmi sú rastliny ako kaktus a euforbia. Dokonca aj orchidey a bromeliady upravili túto cestu kvôli nepravidelnému prísunu vody.
V dennom čase sa malát dekarboxyluje za vzniku CO2 na fixáciu Benson-Calvinovho cyklu v uzavretej stomate. Hlavnou črtou rastlín CAM je asimilácia CO2 v noci na kyselinu jablčnú uloženú vo vakuole. Karboxyláza PEP hrá hlavnú úlohu pri výrobe malátu.
Kľúčové rozdiely rastlín C3, C4 a CAM.
Predtým, ako budeme diskutovať o postupe získavania energie týchto rôznych typov, nižšie budeme diskutovať o hlavných rozdieloch medzi tromi:
- Dráhu C3 alebo rastliny C3 je možné definovať ako tie druhy rastlín, ktorých prvým produktom po asimilácii uhlíka slnečným žiarením je molekula 3-uhlík alebo kyselina 3-fosfoglycerínová na výrobu energie. Najčastejšie sa používa v rastlinách; Zatiaľ čo rastliny v tropickej oblasti premieňajú energiu slnečného svetla na uhlíkovú molekulu C4 alebo kyselinu oxalooctovú, tento cyklus sa uskutočňuje pred cyklom C3 a potom pomocou enzýmov, ktoré prenáša ďalší proces získavania živín, sa nazýva rastliny C4 a dráha sa nazýva ako cesta C4. Táto dráha je účinnejšia ako dráha C3. Na druhej strane rastliny, ktoré ukladajú energiu zo slnka v dennej dobe a potom ju premieňajú na energiu v noci, sledujú metabolizmus CAM alebo kyseliny krasové .
- Bunky zapojené do dráhy C3 sú bunky mezofylu a bunkami dráhy C4 sú bunky mezofylu, bunky plášťového obalu, ale CAM sleduje bunky C3 a C4 v rovnakých bunkách mezofylu.
- Príkladom C3 sú slnečnice, špenát, fazuľa, ryža, bavlna, zatiaľ čo príkladom rastlín C4 je cukorka, cirok, kukurica a kaktusy, príkladom rastlín CAM sú orchidey.
- C3 je možné vidieť vo všetkých fotosyntetických rastlinách, zatiaľ čo C4 je nasledovaný tropickými rastlinami a CAM polosuchými rastlinami.
- Typy rastlín využívajúcich cyklus C3 sú mezofytické, hydrofytické, xerofytické, ale C4 je sledovaný v mezofytických rastlinách a Xerophytic nasleduje CAM.
- Fotorepirácia je prítomná vo vyššej miere, zatiaľ čo v C4 a CAM nie je ľahko zistiteľná.
- 12 NADPH a 18 ATP v cykle C3; Na výrobu glukózy je potrebných 12 NADPH a 30 ATP v C4 a 12 NADPH a 39 ATP .
- 3-fosfoglycerát (3-PGA) je prvý stabilný produkt dráhy C3; Oxaloacetát (OAA) pre cestu C4 a oxaloacetát (OAA) v noci, 3 PGA vo dne v CAM.
- Optimálna teplota pre fotosyntézu v C3 je 15-25 ° C; 30 až 40 ° C v rastlinách C4 a> 40 ° C v CAM
- Karboxylačný enzým je RuBP karboxyláza v rastlinách C3, ale v rastlinách C4 je to PEP karboxyláza (v mezofyle) a RuBP karboxyláza (vo zväzku plášťa), zatiaľ čo v CAM je to PEP karboxyláza (v tme) a RuBP karboxyláza (vo svetle).
- C02: ATP: NADPH2 v pomere 1: 3: 2 v C3, 1: 5: 2 v C4 a 1: 6, 5: 2 v CAM.
- Počiatočným akceptorom CO2 je ribulóza-1, 5-bifosfát (RuBP) v ceste C3 a fosfoenolpyruvát (PEP) v C4 a CAM.
- Kranzova anatómia je prítomná iba v dráhe C4 a chýba v rastlinách C3 a CAM.
- Kompenzačný bod CO2 (ppm) je 30 až 70 v závode C3; 6-10 v rastlinách C4 a 0-5 v tme v CAM.
záver
Všetci vieme, že rastliny pripravujú svoje jedlo pomocou procesu fotosyntézy. Premieňajú atmosférický oxid uhličitý na rastlinnú potravu alebo energiu (glukózu). Ale ako rastliny rastú v rôznych biotopoch, majú rôzne atmosférické a klimatické podmienky; líšia sa v procese získavania energie.
Rovnako ako v prípade ciest C4 a CAM sú dve adaptácie vyvolané prirodzeným výberom na prežitie rastlín s vysokou teplotou a suchou oblasťou. Môžeme teda povedať, že ide o tri odlišné biochemické metódy rastlín, ktoré získavajú energiu, a C3 je medzi nimi najbežnejší.
