Разница между путями C3, C4 и CAM

• 2020

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

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.