Η βασική διαφορά μεταξύ των φυτών C3 και C4 είναι ότι τα φυτά C3 σχηματίζουν μια ένωση τριών άνθρακα ως το πρώτο σταθερό προϊόν της σκοτεινής αντίδρασης ενώ τα φυτά C4 σχηματίζουν μια ένωση τεσσάρων ατόμων άνθρακα ως το πρώτο σταθερό προϊόν της σκοτεινή αντίδραση.
Η φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία που βασίζεται στο φως που μετατρέπει το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε σάκχαρα πλούσια σε ενέργεια σε φυτά, φύκια και κυανοβακτήρια. Κατά τη διάρκεια της φωτοαντίδρασης της φωτοσύνθεσης, λαμβάνει χώρα φωτόλυση των μορίων του νερού. Ως αποτέλεσμα της φωτόλυσης του νερού, το οξυγόνο απελευθερώνεται ως υποπροϊόν. Μετά την αντίδραση του φωτός, αρχίζει η σκοτεινή αντίδραση και συνθέτει υδατάνθρακες σταθεροποιώντας το διοξείδιο του άνθρακα. Ωστόσο, το οξυγόνο που παράγεται από την αντίδραση φωτός μπορεί να συνδεθεί με το κύριο ένζυμο της σκοτεινής αντίδρασης που είναι η οξυγενάση-καρβοξυλάση RuBP (Rubisco) και να πραγματοποιήσει φωτοαναπνοή. Η φωτοαναπνοή είναι μια διαδικασία που σπαταλά ενέργεια και μειώνει τη σύνθεση υδατανθράκων. Επομένως, για να αποφευχθεί η φωτοαναπνοή, υπάρχουν τρεις διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους εμφανίζεται η σκοτεινή αντίδραση στα φυτά για να αποτραπεί η συνάντηση του οξυγόνου με το Rubisco. Επομένως, ανάλογα με τον τρόπο που λαμβάνει χώρα η σκοτεινή αντίδραση, υπάρχουν 3 είδη φυτών. συγκεκριμένα, φυτά C3, φυτά C4 και φυτά CAM.
Τι είναι τα φυτά C3;
Περίπου το 95% των φυτών στη γη είναι φυτά C3. Όπως υποδηλώνει το όνομα, πραγματοποιούν φωτοσυνθετικό μηχανισμό C3 που είναι ο κύκλος Calvin. Η φωτοσύνθεση C3 πιστεύεται ότι προέκυψε πριν από σχεδόν 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτά τα φυτά είναι κυρίως ξυλώδη και στρογγυλά φύλλα. Σε αυτά τα φυτά, η στερέωση του άνθρακα λαμβάνει χώρα στα κύτταρα μεσόφυλλου που βρίσκονται ακριβώς κάτω από την επιδερμίδα.
Το διοξείδιο του άνθρακα εισέρχεται από την ατμόσφαιρα στα κύτταρα μεσοφύλλης μέσω των στομάτων. Τότε αρχίζει η σκοτεινή αντίδραση. Η πρώτη αντίδραση είναι η στερέωση του διοξειδίου του άνθρακα με τη διφωσφορική Ribulose σε φωσφογλυκερικό που είναι μια ένωση τριών ανθράκων. Στην πραγματικότητα, είναι το πρώτο σταθερό προϊόν των φυτών C3. Η διφωσφορική καρβοξυλάση της ριβουλόζης (Rubisco) είναι το ένζυμο που καταλύει αυτή την αντίδραση καρβοξυλίωσης στα φυτά. Ομοίως, ο κύκλος Calvin συμβαίνει κυκλικά ενώ παράγει υδατάνθρακες.
Εικόνα 01: Φυτά C3
Σε σύγκριση με τα φυτά C4, τα φυτά C3 είναι αναποτελεσματικά όσον αφορά τον φωτοσυνθετικό τους μηχανισμό. Είναι λόγω της εμφάνισης φωτοαναπνοής στα φυτά C3. Η φωτοαναπνοή συμβαίνει λόγω της δραστηριότητας της οξυγενάσης του ενζύμου Rubisco. Η οξυγόνωση του Rubisco λειτουργεί προς την αντίθετη κατεύθυνση από την καρβοξυλίωση, αναιρεί αποτελεσματικά τη φωτοσύνθεση με σπατάλη μεγάλων ποσοτήτων άνθρακα που είχε αρχικά σταθεροποιηθεί από τον κύκλο του Calvin με μεγάλο κόστος και οδηγεί σε απώλεια διοξειδίου του άνθρακα από τα κύτταρα που δεσμεύουν το διοξείδιο του άνθρακα. Ομοίως, η αλληλεπίδραση με το οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα εμφανίζεται στην ίδια τοποθεσία στο Rubisco. Αυτές οι ανταγωνιστικές αντιδράσεις συνήθως εκτελούνται σε αναλογία 3:1 (άνθρακας: οξυγόνο). Έτσι, είναι σαφές ότι η φωτοαναπνοή είναι μια διαδικασία διεγερμένη από το φως που καταναλώνει οξυγόνο και εκλύει διοξείδιο του άνθρακα.
Τι είναι τα φυτά C4;
Τα φυτά C4 υπάρχουν σε ξηρές και υψηλές θερμοκρασίες περιοχές. Περίπου το 1% των φυτικών ειδών έχουν βιοχημεία C4. Μερικά παραδείγματα φυτών C4 είναι το καλαμπόκι και το ζαχαροκάλαμο. Όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτά τα φυτά πραγματοποιούν τον φωτοσυνθετικό μηχανισμό C4. Η φωτοσύνθεση C4 πιστεύεται ότι προέκυψε πριν από σχεδόν 12 εκατομμύρια χρόνια. πολύ μετά την εξέλιξη του μηχανισμού C3. Τα φυτά C4 μπορεί να είναι καλύτερα προσαρμοσμένα τώρα, καθώς τα σημερινά επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα είναι πολύ χαμηλότερα από ό,τι πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια.
Τα φυτά C4 είναι πολύ πιο αποτελεσματικά στη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα. Επιπλέον, η φωτοσύνθεση του C4 βρίσκεται τόσο στα μονοκοτυλήδονα όσο και στα δίκοτυλα είδη. Σε αντίθεση με τα φυτά C3, το πρώτο σταθερό προϊόν που σχηματίζεται κατά τη φωτοσύνθεση είναι το οξαλοξικό οξύ, το οποίο είναι μια ένωση τεσσάρων άνθρακα. Το πιο σημαντικό είναι ότι τα φύλλα αυτών των φυτών παρουσιάζουν έναν ειδικό τύπο ανατομίας που ονομάζεται "Kranz Anatomy". Υπάρχει ένας κύκλος κυττάρων δέσμης περιβλήματος με χλωροπλάστες γύρω από αγγειακές δέσμες από τις οποίες μπορούν να αναγνωριστούν τα φυτά C4.
Εικόνα 02: Φυτά C4
Σε αυτήν την οδό, η καθήλωση του διοξειδίου του άνθρακα συμβαίνει δύο φορές. Στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου της μεσόφυλλης, το CO2 σταθεροποιείται πρώτα με φωσφοενολοπυρουβικό (PEP), το οποίο δρα ως πρωτεύων δέκτης. Η αντίδραση καταλύεται από το ένζυμο PEP καρβοξυλάση. Στη συνέχεια το PEP μετατρέπεται σε μηλικό και στη συνέχεια σε πυροσταφυλικό που απελευθερώνει CO2 Και, αυτό το CO2 διορθώνεται ξανά για δεύτερη φορά με διφωσφορική ριβουλόζη, σχηματίζοντας 2 φωσφογλυκερικό για τη διεξαγωγή του κύκλου Calvin.
Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ των φυτών C3 και C4;
- Τόσο τα φυτά C3 όσο και τα C4 καθορίζουν το διοξείδιο του άνθρακα και παράγουν υδατάνθρακες.
- Πραγματοποιούν μια σκοτεινή αντίδραση.
- Επίσης, και οι δύο τύποι φυτών πραγματοποιούν την ίδια αντίδραση φωτός.
- Επιπλέον, έχουν χλωροπλάστες για τη φωτοσύνθεση.
- Η φωτοσυνθετική τους εξίσωση είναι παρόμοια.
- Επιπλέον, το RuBP εμπλέκεται στη σκοτεινή αντίδραση και των δύο τύπων φυτών.
- Και τα δύο φυτά παράγουν φωσφογλυκερικό.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των φυτών C3 και C4;
Τα φυτά C3 παράγουν φωσφογλυκερικό οξύ ως το πρώτο σταθερό προϊόν της σκοτεινής αντίδρασης. Είναι μια ένωση τριών ανθράκων. Από την άλλη πλευρά, τα φυτά C4 παράγουν οξαλο-οξικό οξύ ως το πρώτο σταθερό προϊόν της σκοτεινής αντίδρασης. Είναι μια ένωση τεσσάρων άνθρακα. Επομένως, αυτή είναι η βασική διαφορά μεταξύ των φυτών C3 και C4.
Επιπλέον, η φωτοσυνθετική απόδοση των φυτών C3 είναι μικρότερη από τη φωτοσυνθετική απόδοση των φυτών C4. Οφείλεται στη φωτοαναπνοή που παρατηρείται στα φυτά C3, η οποία είναι αμελητέα στα φυτά C4. Έτσι, είναι μια άλλη διαφορά μεταξύ των φυτών C3 και C4. Όταν εξετάζονται οι δομικές διαφορές, τα φυτά C3 δεν έχουν δύο τύπους χλωροπλαστών και την ανατομία Kranz στα φύλλα. Από την άλλη πλευρά, τα φυτά C4 έχουν δύο τύπους χλωροπλαστών και δείχνουν την ανατομία του Kranz στα φύλλα. Ως εκ τούτου, είναι επίσης μια διαφορά μεταξύ των φυτών C3 και C4.
Επιπλέον, μια περαιτέρω διαφορά μεταξύ των φυτών C3 και C4 είναι ότι τα φυτά C3 σταθεροποιούν το διοξείδιο του άνθρακα μόνο μία φορά ενώ τα φυτά C4 διορθώνουν το διοξείδιο του άνθρακα δύο φορές. Λόγω αυτού του γεγονότος, η αφομοίωση C είναι μικρότερη στα φυτά C3 ενώ η αφομοίωση C είναι υψηλή στα φυτά C4. Όχι μόνο αυτό, τα φυτά C4 μπορούν να πραγματοποιήσουν φωτοσύνθεση όταν τα στομία είναι κλειστά και κάτω από πολύ υψηλές συγκεντρώσεις φωτός και χαμηλές συγκεντρώσεις CO2 . Ωστόσο, τα φυτά C3 δεν είναι σε θέση να πραγματοποιήσουν φωτοσύνθεση όταν τα στομία είναι κλειστά και κάτω από πολύ υψηλές συγκεντρώσεις φωτός και χαμηλές συγκεντρώσεις CO2 . Επομένως, αυτή είναι επίσης μια σημαντική διαφορά μεταξύ των φυτών C3 και C4. Επιπλέον, τα φυτά C3 και τα φυτά C4 διαφέρουν από τον πρώτο αποδέκτη διοξειδίου του άνθρακα. Το RuBP είναι ο αποδέκτης CO2 σε φυτά C3 ενώ το PEP είναι ο πρώτος αποδέκτης CO2 σε φυτά C4.
Σύνοψη – C3 vs C4 Plants
Το C3 και το C4 είναι δύο τύποι φυτών. Τα φυτά C3 είναι πολύ κοινά ενώ τα φυτά C4 είναι πολύ σπάνια. Η βασική διαφορά μεταξύ των φυτών C3 και C4 εξαρτάται από το πρώτο προϊόν άνθρακα που παράγουν κατά τη σκοτεινή αντίδραση. Τα φυτά C3 εκτελούν τον κύκλο Calvin και παράγουν ένωση τριών άνθρακα ως το πρώτο σταθερό προϊόν, ενώ τα φυτά C4 εκτελούν τον μηχανισμό C4 και παράγουν ένωση τεσσάρων ατόμων άνθρακα ως το πρώτο σταθερό προϊόν. Επιπλέον, τα φυτά C3 παρουσιάζουν μικρότερη φωτοσυνθετική απόδοση ενώ τα φυτά C4 παρουσιάζουν υψηλή φωτοσυνθετική απόδοση. Επιπλέον, τα φυτά C3 δεν έχουν ανατομία Kranz στα φύλλα και επίσης δεν έχουν δύο τύπους χλωροπλαστών. Από την άλλη πλευρά, τα φυτά C4 έχουν ανατομία Kranz στα φύλλα τους και επίσης έχουν δύο τύπους χλωροπλαστών. Έτσι, αυτή είναι η περίληψη των φυτών C3 και C4.
