Atšķirība starp C3 un C4 augiem

galvenā atšķirība starp C3 un C4 augiem ir tas C3 augi veido trīs oglekļa savienojumu kā pirmo stabilo tumšās reakcijas produktu, savukārt C4 augi veido četru oglekļa savienojumu kā pirmo stabilo tumšās reakcijas produktu.

Fotosintēze ir gaismas virzīts process, kura laikā oglekļa dioksīds un ūdens tiek pārveidots par ar enerģiju bagātu cukuru augos, aļģēs un zilaļģēs. Fotosintēzes gaismas reakcijas laikā notiek ūdens molekulu fotolīze. Ūdens fotolīzes rezultātā kā blakusprodukts izdalās skābeklis. Pēc vieglās reakcijas sākas tumšā reakcija, un tā sintezē ogļhidrātus, fiksējot oglekļa dioksīdu. Tomēr skābeklis, kas rodas gaismas reakcijā, var saistīties ar tumšās reakcijas galveno enzīmu, kas ir RuBP oksigenāzes-karboksilāze (Rubisco), un veikt fotorespirāciju. Fotorezpirācija ir process, kas izšķiež enerģiju un samazina ogļhidrātu sintēzi. Tāpēc, lai novērstu fotorespirāciju, ir trīs dažādi veidi, kā augos notiek tumša reakcija, lai novērstu skābekļa satikšanos ar Rubisco. Tādējādi atkarībā no tumšās reakcijas veida ir 3 augu veidi; proti, C3 augi, C4 augi un CAM augi.

SATURS

1. Pārskats un galvenās atšķirības
2. Kas ir C3 augi?
3. Kas ir C4 augi?
4. Līdzības starp C3 un C4 augiem
5. Salīdzinājums blakus - C3 un C4 augi tabulas formā
6. Kopsavilkums

Kas ir C3 augi??

Apmēram 95% augu uz zemes ir C3 augi. Kā norāda nosaukums, viņi veic C3 fotosintēzes mehānismu, kas ir Kalvina cikls. Tiek uzskatīts, ka C3 fotosintēze ir notikusi pirms gandrīz 3,5 miljardiem gadu. Šie augi pārsvarā ir kokaugi un apaļie lapu augi. Šajos augos oglekļa fiksācija notiek mezofila šūnās, kas atrodas tieši zem epidermas.

Oglekļa dioksīds caur atmosfēru no atmosfēras nonāk mezofila šūnās caur stomu. Tad sākas tumšā reakcija. Pirmā reakcija ir oglekļa dioksīda piestiprināšana ar ribulozes bisfosfātu fosfoglicerātā, kas ir trīs oglekļa savienojums. Faktiski tas ir pirmais stabils C3 augu produkts. Ribulozes bisfosfāta karboksilāze (Rubisco) ir ferments, kas katalizē šo karboksilācijas reakciju augos. Tāpat Kalvina cikls notiek cikliski, vienlaikus ražojot ogļhidrātus.

01. attēls: C3 augi

Salīdzinot ar C4 augiem, C3 augi ir neefektīvi attiecībā uz to fotosintēzes mehānismu. Tas notiek tāpēc, ka C3 augos notiek fotorespirācija. Fotorespirācija rodas Rubisco fermenta oksigenāzes aktivitātes dēļ. Rubisco oksigenēšana darbojas pretējā virzienā nekā karboksilēšana, efektīvi novērš fotosintēzi, izšķērdējot lielu daudzumu oglekļa, kas sākotnēji tika fiksēts Kalvina ciklā, par lieliem izdevumiem, kā rezultātā oglekļa dioksīds tiek zaudēts šūnās, kas fiksē oglekļa dioksīdu. Tāpat mijiedarbība ar skābekli un oglekļa dioksīdu notiek tajā pašā vietā uz Rubisco. Šīs konkurējošās reakcijas parasti notiek proporcijā 3: 1 (ogleklis: skābeklis). Tādējādi ir skaidrs, ka fotorezpirācija ir gaismas stimulēts process, kas patērē skābekli un attīsta oglekļa dioksīdu.

Kas ir C4 augi??

C4 augi atrodas sausās un augstas temperatūras vietās. Apmēram 1% augu sugu ir C4 bioķīmija. Daži C4 augu piemēri ir kukurūza un cukurniedres. Kā norāda nosaukums, šie augi veic fotosintēzes mehānismu C4. Tiek uzskatīts, ka C4 fotosintēze ir notikusi pirms gandrīz 12 miljoniem gadu; ilgi pēc C3 mehānisma evolūcijas. Iespējams, ka C4 augus labāk pielāgos tagad, jo pašreizējais oglekļa dioksīda līmenis ir daudz zemāks nekā pirms 100 miljoniem gadu.

C4 augi daudz efektīvāk uztver oglekļa dioksīdu. Turklāt C4 fotosintēze ir sastopama gan vienšūnu, gan divdīgļu sugās. Atšķirībā no C3 augiem, pirmais stabils produkts, kas veidojas fotosintēzes laikā, ir oksaloetiķskābe, kas ir četru oglekļa savienojums. Vissvarīgākais ir tas, ka šo augu lapām ir īpašs anatomijas tips ar nosaukumu “Kranz Anatomy”. Ap asinsvadu saišķiem ir saišķu apvalku šūnu loks ar hloroplastiem, pēc kuriem var identificēt C4 augus.

02 attēls: C4 augi

Šajā ceļā oglekļa dioksīda fiksācija notiek divreiz. Mezofila šūnu citoplazmā, CO₂ vispirms tiek fiksēts ar fosfoenolpiruvātu (PEP), kas darbojas kā galvenais akceptors. Reakciju katalizē PEP karboksilāzes enzīms. Tad PEP pārvēršas malātā un pēc tam piruvātā atbrīvojošajā CO₂. Un šis CO₂ atkal nostiprina otro reizi ar ribulozes bisfosfātu, lai veidotu 2 fosfoglicerātu Kalvina cikla veikšanai.

Kādas ir līdzības starp C3 un C4 augiem?

• Gan C3, gan C4 augi fiksē oglekļa dioksīdu un rada ogļhidrātus.
• Viņi veic tumšu reakciju.
• Arī abi augu veidi veic vienādu gaismas reakciju.
• Turklāt viņiem ir hloroplasti, lai veiktu fotosintēzi.
• Viņu fotosintētiskais vienādojums ir līdzīgs.
• Turklāt RuBP ir iesaistīta abu veidu augu tumšajā reakcijā.
• Abi augi ražo fosfoglicerātu.

Kāda ir atšķirība starp C3 un C4 augiem?

C3 augi rada fosfoglicerīnskābi kā pirmo stabilo tumšās reakcijas produktu. Tas ir trīs oglekļa savienojums. No otras puses, C4 augi ražo oksaloetiķskābi kā pirmo stabilo tumšās reakcijas produktu. Tas ir četru oglekļa savienojums. Tāpēc šī ir galvenā atšķirība starp C3 un C4 augiem.

Turklāt C3 augu fotosintēzes efektivitāte ir mazāka nekā C4 augu fotosintēzes efektivitāte. C3 augos novērotās fotorespirācijas iemesls ir nenozīmīgs C4 augiem. Tādējādi tā ir vēl viena atšķirība starp C3 un C4 augiem. Apsverot strukturālās atšķirības, C3 augiem nav divu veidu hloroplasti un Kranz anatomija lapās. No otras puses, C4 augiem ir divu veidu hloroplasti, un tie lapās parāda Kranza anatomiju. Līdz ar to ir arī atšķirība starp C3 un C4 augiem.

Turklāt vēl viena atšķirība starp C3 un C4 augiem ir tā, ka C3 augi oglekļa dioksīdu fiksē tikai vienu reizi, bet C4 augi divreiz piestiprina oglekļa dioksīdu. Šī fakta dēļ C asimilācija ir mazāka C3 augos, savukārt C asimilācija ir augsta C4 augos. Ne tikai tas, ka C4 augi var veikt fotosintēzi, kad stomata ir slēgta, ļoti zemā gaismas koncentrācijā un zemā CO₂ koncentrācijas. Tomēr C3 augi nespēj veikt fotosintēzi, kad stomata ir aizvērta un ir ļoti augsta gaismas koncentrācija un zems CO₂ koncentrācijas. Tāpēc šī ir būtiska atšķirība arī starp C3 un C4 augiem. Turklāt C3 un C4 augi atšķiras no pirmā oglekļa dioksīda pieņēmēja. RuBP ir CO₂ akceptoru C3 augos, kamēr PEP ir pirmais CO₂ akceptors C4 augos.

Kopsavilkums - augi C3 pret C4

C3 un C4 ir divu veidu augi. C3 augi ir ļoti izplatīti, savukārt C4 augi ir ļoti reti. Galvenā atšķirība starp C3 un C4 augiem ir atkarīga no pirmā oglekļa produkta, ko tie rada tumšās reakcijas laikā. C3 augi veic Kalvina ciklu un kā pirmo stabilo produktu ražo trīs oglekļa savienojumus, savukārt C4 augi veic C4 mehānismu un kā pirmo stabilo produktu rada četrus oglekļa savienojumus. Turklāt C3 augiem ir mazāka fotosintēzes efektivitāte, savukārt C4 augiem ir augsta fotosintēzes efektivitāte. Turklāt C3 augiem nav Kranz anatomijas lapās, un arī tiem nav divu veidu hloroplasti. No otras puses, C4 augiem ir Kranz anatomija savās lapās, un arī tiem ir divu veidu hloroplasti. Tādējādi šis ir C3 un C4 augu kopsavilkums.

Atsauce:

1. Ščepaniks u.c. "Par C 4 fotosintēzes starpposma apmaiņas mehānismu starp Kranz Mesophyll un Bundle apvalka šūnām zālājos." OUP Academic, Oxford University Press, 2008. gada 28. marts. Pieejams šeit 
2. Study.com, Study.com. Pieejams šeit 

Attēla pieklājība:

1. “Vienkāršota fotorezimācijas diagramma” Autore: Rahels Purdons - Savs darbs, (CC BY-SA 3.0), izmantojot Commons Wikimedia 
2. Adenozīns “HatchSlackpathway2” (saruna) - HatchSlackpathway.svg (CC BY-SA 2.5), izmantojot Commons Wikimedia