Asimilacija ogljikovega dioksida iz sončne svetlobe za proces fotosinteze in nato pretvorba v glukozo (energijo), ki sintetizira drugačen izdelek, je ključna razlika med tremi. Tako med fiksacijo CO2, ko fotosintetske rastline proizvajajo 3-fosfoglicerno kislino (PGA) ali 3- ogljikovo kislino, kot prvi izdelek imenujemo C3 pot .
Ko pa fotosintetska rastlina, preden se poda na pot C3, proizvede oksaloocetno kislino (OAA) ali 4-ogljikovo spojino, se njihov prvi stabilen izdelek imenuje C4 ali Hatch and Slack pathway . Ko pa rastline podnevi absorbirajo energijo sončne svetlobe in to energijo porabijo za asimilacijo ali fiksiranje ogljikovega dioksida ponoči, se imenuje metabolizem kisle kisline ali CAM .
Tem postopkom sledijo rastline, nekatere vrste bakterij in alg za proizvodnjo energije, neodvisno od njihovega habitata. Sintezo energije z uporabo ogljikovega dioksida in vode kot primarnega vira za pridobivanje hranil iz zraka in vode imenujemo kot fotosinteza. To je glavni postopek živega bitja, ki hrano proizvaja sam
V tej vsebini bomo upoštevali bistveno razliko med tremi vrstami poti, ki jim sledijo rastline in malo mikroorganizmov, ter majhen opis le-teh.
Primerjalna tabela
| Osnove za primerjavo | Pot C3 | Pot C4 | CAM |
|---|---|---|---|
| Opredelitev | Takšne rastline, katerih prvi izdelek po asimilaciji ogljika iz sončne svetlobe je 3-ogljikova molekula ali 3-fosfoglicerna kislina za proizvodnja energije se imenuje C3 rastline, pot pa imenujemo pot C3. Najpogosteje ga uporabljajo rastline. | Rastline v tropskem območju pretvarjajo energijo sončne svetlobe v molekulo ogljika C4 ali oksaloacetično kislino, ki poteka pred ciklom C3 in se nato še pretvori v energijo, imenujemo C4 rastline in pot imenujemo pot C4. To je učinkovitejše od poti C3. | Rastlinam, ki shranjujejo energijo iz sonca in jo nato ponoči pretvorijo v energijo, sledijo CAM ali crassulacean kislini presnovo. |
| Vključene celice | Mezofilne celice. | Mezofilne celice, snopne ovojne celice. | Tako C3 kot C4 v istih celicah mezofila. |
| Primer | Sončnica, špinača, fižol, riž, bombaž. | Sladkor, sladkor in koruza. | Kaktusi, orhideje. |
| Se vidi v | Vse fotosintetske rastline. | V tropskih rastlinah | Polsušno stanje. |
| Vrste rastlin, ki uporabljajo ta cikel | Mezofitični, hidrofitični, kserofitski. | Mezofitik. | Kserofit. |
| Fotorespiracija | Prisotna v visoki hitrosti. | Ni enostavno zaznati. | Zaznavno popoldne. |
| Za proizvodnjo glukoze | Potrebnih je 12 NADPH in 18 ATP. | Potrebnih je 12 NADPH in 30 ATP. | Potrebnih je 12 NADPH in 39 ATP. |
| Prvi stabilen izdelek | 3-fosfoglicerat (3-PGA). | Oksaloacetat (OAA). | Oksaloacetat (OAA) ponoči, 3 PGA podnevi. |
| Calvin cikel operativen | Sam. | Skupaj s ciklom Hatch and Slack. | C3 in cikel Hatch and Slack. |
| Optimalna temperatura za fotosintezo | 15-25 ° C | 30-40 ° C | > 40 stopinj C |
| Karboksilacijski encim | RuBP karboksilaza. | V mezofilu: PEP karboksilaza. V paketu snopa: RuBP karboksilaza. | V temi: PEP karboksilaza. V svetlobi: RUBP karboksilaza. |
| Razmerje CO2: ATP: NADPH2 | 1: 3: 2 | 1: 5: 2 | 1: 6, 5: 2 |
| Začetni sprejemnik CO2 | Ribuloza-1, 5-bifofata (RuBP). | Fosfoenolpiruvat (PEP). | Fosfoenolpiruvat (PEP). |
| Kranzova anatomija | Odsoten. | Sedanjost. | Odsoten. |
| Točka kompenzacije za CO2 (v ppm) | 30–70. | 6–10. | 0-5 v temi. |
Opredelitev poti C3 ali cikla Calvin.
Rastline C3 so znane kot hladne sezone ali zmerne rastline . Najbolje uspevajo pri optimalni temperaturi med 65 in 75 ° F s temperaturo tal pri 40-45 ° F. Te vrste rastlin kažejo visoko učinkovitost pri visoki temperaturi .
Primarni proizvod rastlin C3 je 3-ogljikova kislina ali 3-fosfoglicerna kislina (PGA) . To velja za prvi izdelek med fiksacijo ogljikovega dioksida. Pot C3 se zaključi v treh korakih: karboksilacija, redukcija in regeneracija.
C3 rastline zmanjšajo v CO2 neposredno v kloroplastu. S pomočjo ribuloze bifosfat karboksilaze (RuBPcase) nastaneta dve molekuli 3-ogljikove kisline ali 3-fosfoglicerne kisline . Ta 3-fosfogliceric upravičuje ime poti kot C3.
V naslednjem koraku NADPH in ATP fosforilat dobita 3-PGA in glukozo. In potem se cikel spet začne z obnavljanjem RuBP.
Pot C3 je enostopenjski proces, ki poteka v kloroplastu. Ta organela deluje kot shranjevanje energije sončne svetlobe. 85 odstotkov vseh rastlin, prisotnih na zemlji, jih 85 odstotkov uporablja za proizvodnjo energije.
Rastline C3 so lahko trajnice ali enoletnice. So zelo beljakovine kot rastline C4. Primeri letnih rastlin C3 so pšenica, oves in rž, rastline trajnice l pa vključujejo fescues, rygrass in sadovnjak. C3 rastline zagotavljajo večjo količino beljakovin kot rastline C4.
Opredelitev poti C4 ali poti Hatch and Slack.
Rastline, zlasti v tropskem območju, sledijo tej poti. Pred ciklom Calvin ali C3 nekatere rastline sledijo poti C4 ali Hatch and Slack. Gre za dvostopenjski postopek, kjer nastajajo oksaloocetna kislina (OAA), ki je 4-ogljikova spojina . Pojavi se v celicah mezofila in snopa, ki so prisotne v kloroplastu.
Ko nastane 4-ogljikova spojina, jo pošljemo v snopno ovojno celico, tu se 4-ogljikova molekula nadalje razcepi v ogljikov dioksid in 3-kabonsko spojino. Sčasoma pot C3 začne proizvajati energijo, kjer 3-ogljikova spojina deluje kot predhodnica.
C4 rastline so znane tudi kot toplo sezona ali tropske rastline . Te rastline so lahko večletne ali enoletne. Za te rastline lahko pridelamo popolno temperaturo 90-95 ° F. Rastline C4 so veliko učinkovitejše pri uporabi dušika in zbiranju ogljikovega dioksida iz zemlje in atmosfere. Vsebnost beljakovin je v primerjavi z rastlinami C3 nizka.
Te rastline so ime dobile po izdelku, imenovanem oksaloacetat, ki je 4 ogljikova kislina. Primeri trajnih rastlin C4 so indijska trava, Bermudagrass, travnata trava, velik modri magnat, letne rastline C4 pa so sudangraws, koruza, biserno proso.
Opredelitev rastlin CAM
Pomembna opomba, ki razlikuje ta postopek od zgornjih dveh, je, da organizem pri tej vrsti fotosinteze podnevi absorbira energijo sončne svetlobe in to energijo uporablja ponoči za asimilacijo ogljikovega dioksida.
Je nekakšna prilagoditev v času periodične suše. Ta postopek omogoča izmenjavo plinov v nočnem času, ko je temperatura zraka hladnejša in pride do izgube vodne pare.
Približno 10% žilnih rastlin je prilagodilo fotosintezo CAM, vendar jih najdemo predvsem v rastlinah, gojenih v sušnem območju. Primeri so rastline, kakršna sta kaktus in evforbija. Tudi orhideje in bromelije so to pot prilagodili zaradi nepravilne oskrbe z vodo.
Čez dan malat postane dekarboksiliran, da zagotovi CO2 za fiksiranje cikla Benson-Calvin v zaprtih želodcih. Glavna značilnost rastlin CAM je asimilacija CO2 ponoči v jabolčno kislino, shranjeno v vakuolu. PEP karboksilaza ima glavno vlogo pri proizvodnji malata.
Ključne razlike rastlin C3, C4 in CAM.
Zgoraj bomo razpravljali o postopku pridobivanja energije teh različnih vrst, spodaj bomo obravnavali ključne razlike med tremi:
- C3 ali C3 rastline lahko opredelimo kot tiste vrste rastline, katerih prvi proizvod po asimilaciji ogljika iz sončne svetlobe je 3-ogljikova molekula ali 3-fosfoglicerna kislina za proizvodnjo energije. Najpogosteje ga uporabljajo rastline; Medtem ko rastline v tropskem območju pretvorijo energijo sončne svetlobe v molekulo ogljika C4 ali oksaloocetno kislino, ta cikel poteka pred ciklom C3 in nato s pomočjo encimov izvede nadaljnji postopek pridobivanja hranil, se imenuje rastline C4 in pot se imenuje kot pot C4. Ta pot je učinkovitejša od poti C3. Po drugi strani pa rastline, ki podnevi shranjujejo energijo iz sonca in jo ponoči pretvorijo v energijo, sledijo presnovi CAM ali polni kislinam .
- Celice, vključene v pot C3, so mezofilne celice, do poti C4 pa mezofilne celice, snopne ovojnice, CAM pa sledi C3 in C4 v istih mezofilnih celicah.
- Primer C3 so sončnica, špinača, fižol, riž, bombaž, medtem ko so primer rastlin C4 sladkor, kala in koruza, in kaktusi, orhideje so primer CAM rastlin.
- C3 lahko vidimo v vseh fotosintetskih rastlinah, medtem ko C4 sledijo tropske rastline, CAM pa polsušne rastline.
- Vrste rastlin, ki uporabljajo cikel C3, so mezofitične, hidrofitične, kserofitne, pri mezofitnih rastlinah pa sledi C4, sledi Kserofitski CAM.
- Fotorespiracija je prisotna v višji hitrosti, medtem ko je v C4 in CAM ni enostavno zaznati.
- 12 NADPH in 18 ATP v C3 ciklu; Za tvorbo glukoze je potrebnih 12 NADPH in 30 ATP v C4 in 12 NADPH in 39 ATP .
- 3-fosfoglicerat (3-PGA) je prvi stabilen produkt poti C3; Oksaloacetat (OAA) za pot C4 in oksaloacetat (OAA) ponoči, 3 PGA podnevi v CAM.
- Optimalna temperatura za fotosintezo v C3 je 15-25 ° C; 30-40 ° C v C4 rastlinah in> 40 ° C v CAM
- Karboksilacijski enzim je karboksilaza RuBP v rastlinah C3, v C4 rastlinah pa PEP karboksilaza (v mezofilu) in RuBP karboksilaza (v plaščju snopa), v CAM pa PEP karboksilaza (v temi) in RuBP karboksilaza (v svetlobi).
- Razmerje CO2: ATP: NADPH2 1: 3: 2 v C3, 1: 5: 2 v C4 in 1: 6, 5: 2 v CAM.
- Začetni akceptor CO2 je Ribulose-1, 5-bifofat (RuBP) na poti C3 in fosfoenolpiruvat (PEP) v C4 in CAM.
- Kranzova anatomija je prisotna samo na poti C4, odsotna pa je v rastlinah C3 in CAM.
- Točka kompenzacije CO2 (ppm) je 30-70 v obratu C3; 6-10 v rastlinah C4 in 0-5 v temi v CAM.
Zaključek
Vsi se zavedamo dejstva, da rastline s postopkom fotosinteze pripravljajo hrano. Atmosferski ogljikov dioksid pretvori v rastlinsko hrano ali energijo (glukozo). Ker pa rastline rastejo v različnih habitatih, imajo različne atmosferske in podnebne pogoje; razlikujejo se v procesu pridobivanja energije.
Tako kot v primeru poti C4 in CAM sta dve prilagoditvi, ki sta nastali z naravno selekcijo, za preživetje rastlin z visoko temperaturo in sušnim območjem. Torej lahko rečemo, da gre za tri različne biokemijske metode rastlin za pridobivanje energije in C3 je najpogostejši med njimi.
