Hlavný rozdiel - cyklus C3 vs C4

Cyklus C3 a C4 sú dva typy cyklických reakcií, ktoré sa vyskytujú ako tmavá reakcia fotosyntézy. Fotosyntéza je výroba jednoduchých organických molekúl, glukózy z anorganických molekúl, oxidu uhličitého a vody, pričom ako zdroj energie sa používa slnečné svetlo. Pri fotosyntéze nasleduje svetelná reakcia a tmavá reakcia. C3 cyklus sa tiež nazýva Calvinov cykluspričom sa nazýva cyklus C4 Cyklus Hatch-Slack. The hlavný rozdiel medzi C3 a C4 cyklom je prvá stabilná zlúčenina produkovaná týmito reakciami; prvá stabilná zlúčenina vyrobená v cykle C3 je trojuhlíková zlúčenina nazývaná kyselina 3-fosfoglycerová (PGA) keďže prvou stabilnou zlúčeninou produkovanou v cykle C4 je štvor uhlíková zlúčenina nazývaná kyselina oxalooctová (OAA).

Tento článok sa zameriava na

1. Čo je to C3 cyklus - Charakteristika, proces, funkcia 2. Čo je cyklus C4 - Charakteristika, proces, funkcia 3. Aký je rozdiel medzi cyklom C3 a C4

Čo je cyklus C3

C3 cyklus je jednou z dvoch reakčných ciest, ktoré môžu nastať v tmavej reakcii fotosyntézy. Vyskytuje sa vo všetkých rastlinách. V cykle C3 sú pozorované tri kroky. V prvom kroku sa oxid uhličitý fixuje na 1, 5-bisfosfát ribulózy, čím sa vytvorí nestabilná šesťuhlíková zlúčenina, ktorá sa potom hydrolyzuje na zlúčeninu troch uhlíkov, 3-fosfoglycerát. Fixáciu oxidu uhličitého katalyzuje enzým rubisco, ktorý sa nachádza v stromálnom povrchu membrány tylakoidu v chloroplaste. Fixácia oxidu uhličitého je krokom obmedzujúcim rýchlosť cyklu C3. V dôsledku katalytickej nedokonalosti enzýmu rubisco enzým reaguje s molekulárnym kyslíkom procesom nazývaným fotorespirácia. V prvom kroku cyklu C3 sa vytvoria dve molekuly 3-fosfoglycerátu na jednu fixáciu oxidu uhličitého. V druhom kroku sa redukuje jedna molekula 3-fosfoglycerátu a vzniknú tri typy hexózofosfátov: fruktóza 6-fosfát, 6-fosfát glukózy a 1-fosfát glukózy. Zostávajúci 3-fosfoglycerát je recyklovaný, pričom vzniká ribulóza 1,5-bisfosfát. Cyklus C3 je znázornený na obrázku 1.

Obrázok 1: C3 cyklus

Čo je cyklus C4

C4 cyklus je ďalšou reakčnou cestou, ktorá sa vyskytuje v tmavej reakcii fotosyntézy. Rastliny, rastúce v horúcom a suchom prostredí, ako je cukrová trstina, kukurica a krabia tráva, využívajú počas fotosyntézy cestu C4. Póry stomaty, ktoré si vymieňajú plyn, sú v týchto rastlinách väčšinu dňa uzavreté, aby sa znížila nadmerná strata vlhkosti v suchých a horúcich podmienkach. Postupom cyklu C3 sa teda znižuje aj koncentrácia oxidu uhličitého v listoch rastlín. Keď je koncentrácia oxidu uhličitého nízka, zvyšuje sa fotorespirácia, čo znižuje účinnosť fotosyntézy. Aby sa zvýšila účinnosť fotosyntézy v suchých a horúcich podmienkach, tieto rastliny C4 vedú cyklus C4.

C4 cyklu sú zahrnuté dva typy buniek: mezofylové bunky a bunky zväzkového obalu. Cievne tkanivo listu je obklopené bunkami plášťa zväzku. Štruktúra listu rastlín C4 je opísaná Kranzovou anatómiou. Fosfoenolpyruvát reaguje s oxidom uhličitým v mezofylových bunkách za vzniku oxaloacetátu, čo je zlúčenina so štyrmi uhlíkmi. Reakcia je katalyzovaná enzýmom fosfoenol pyruvátkarboxylázy, ktorý je necitlivý na kyslík. Oxaloacetát sa potom redukuje na malát, ktorý sa prenesie do buniek puzdra zväzku. V bunkách plášťa zväzku je malát dekarboxylovaný odstránením oxidu uhličitého, ktorý vstupuje do cyklu C3. Cyklus C4 je znázornený na obrázku 2.

Obrázok 2: C4 cyklus

Rozdiel medzi cyklom C3 a C4

Prvá stabilná zlúčenina

C3 cyklus: Prvá stabilná zlúčenina vyrobená v cykle C3 je trojuhlíková zlúčenina nazývaná kyselina 3-fosfoglycerová.

C4 cyklus: Prvou stabilnou zlúčeninou vyrobenou v cykle C4 je štvor uhlíková zlúčenina nazývaná kyselina oxalooctová.

Prvé pozorovanie

C3 cyklus: C3 cyklus prvýkrát pozoroval Melvin Calvin.

C4 cyklus: Cyklus C4 prvýkrát pozorovali Hatch a Slack.

Alternatívne názvy

C3 cyklus: C3 cyklus sa nazýva Calvinov cyklus.

C4 cyklus: Cyklus C4 sa nazýva Hatch-Slackov cyklus.

Prítomnosť

C3 cyklus: Cyklus C3 sa nachádza vo všetkých rastlinách.

C4 cyklus: Cyklus C4 sa nachádza iba v rastlinách C4, ako je cirok a kukurica.

Akceptor primárneho oxidu uhličitého

C3 cyklus: Primárnym akceptorom oxidu uhličitého je päťuhlíková zlúčenina, ribulóza bifosfát (RUBP).

C4 cyklus: Primárnym akceptorom oxidu uhličitého je trojuhlíková zlúčenina, kyselina fosfoenolpyruvová (PEP).

Karboxylázový enzým

C3 cyklus: Enzým karboxylázy je v rastlinách C3 Rubisco.

C4 cyklus: Enzýmy karboxylázy sú PEP karboxyláza a Rubisco.

Fixácia uhlíka

C3 cyklus: V cykle C3 dochádza k jedinej fixácii uhlíka.

C4 cyklus: V cykle C4 dochádza k dvojitým fixáciám uhlíka.

Účinnosť pri fixácii uhlíka

C3 cyklus: Fixácia uhlíka je v cykle C3 menej účinná a pomalá.

C4 cyklus: V cykle C4 je fixácia uhlíka efektívnejšia a rýchlejšia.

Požiadavky na fixáciu uhlíka

C3 cyklus: Fixácia jednej molekuly uhlíka vyžaduje 3 ATP a 2 NADH.

C4 cyklus: Fixácia jednej uhlíkovej fixácie vyžaduje 5 ATP a 3 NADH.

Druhy chloroplastov

C3 cyklus: Granulované chloroplasty sú zapojené do cyklu C3.

C4 cyklus: Granulárne a agranulárne chloroplasty sú zapojené do cyklu C4.

Kranzova anatómia v listoch

C3 cyklus: Kranzova anatómia v listoch rastlín C3 chýba.

C4 cyklus: Kranzova anatómia je prítomná v listoch rastlín C4.

Bunky

C3 cyklus: C3 cyklus vykonávajú mezofylové bunky.

C4 cyklus: C4 cyklus sa uskutočňuje bunkami mezofylu aj bunkami obalu.

Optimálna teplota

C3 cyklus: Optimálna teplota cyklu C3 je 20-25 stupňov Celzia.

C4 cyklus: Optimálna teplota cyklu C4 je 30-45 stupňov Celzia.

Pri veľmi nízkych koncentráciách oxidu uhličitého

C3 cyklus: Cyklus C3 nie je schopný pokračovať pri veľmi nízkych koncentráciách oxidu uhličitého.

C4 cyklus: Cyklus C4 môže prebiehať pri veľmi nízkych koncentráciách oxidu uhličitého.

Účinok kyslíka

C3 cyklus: C3 cyklus je inhibovaný kyslíkom.

C4 cyklus: Pri cykle C4 sa nepozoruje žiadna inhibícia cyklu c4.

Slnečné svetlo

C3 cyklus: Cyklus C3 môže byť nasýtený slnečným žiarením.

C4 cyklus: Cyklus C4 nenasýti slnečným žiarením.

Fotorespirácia

C3 cyklus: V cykle C3 je pozorované značné množstvo fotorespirácie.

C4 cyklus: V cykle C4 je pozorované zanedbateľné množstvo fotorespirácie.

Záver

Cyklus C3 a C4 sú dva typy tmavých reakcií, ktoré sa vyskytujú počas fotosyntézy. Cyklus C3 sa vyskytuje vo všetkých rastlinách pri teplote 20-25 stupňov Celzia, zatiaľ čo cyklus C4 sa vyskytuje iba v rastlinách C4 pri 30-45 stupňoch Celzia. Počas cyklu C3 je pozorovaná jedna udalosť fixácie uhlíka, zatiaľ čo počas cyklu C4 sú pozorované dve udalosti fixácie uhlíka. Fotorespirácia sa vyskytuje počas cyklu C3, ale počas cyklu C4 sa vyskytuje zanedbateľné množstvo fotorespirácie. Účinnosť cyklu C3 je nízka v porovnaní s účinnosťou cyklu C4. Hlavný rozdiel medzi cyklami C3 a C4 je počet uhlíkov v prvej stabilnej zlúčenine vyrobenej v každom cykle.

Odkaz: 1. Berg, Jeremy M. „Calvinov cyklus syntetizuje hexózy z oxidu uhličitého a vody.“ Biochémia. 5. vydanie. Americká národná lekárska knižnica, 1. januára 1970. Web. 16. apríla 2017. 2. Lodish, Harvey. "Metabolizmus CO2 počas fotosyntézy." Molekulárna bunková biológia. 4. vydanie. Americká národná lekárska knižnica, 1. januára 1970. Web. 16

Obrázok so súhlasom: 1. „Calvin-cycle4“ od Mike Jones-vlastná práca (CC BY-SA 3.0) prostredníctvom Commons Wikimedia 2. „HatchSlackpathway2“ od HatchSlackpathway.svg: *HatchSlackpathway.png: práca s derivátmi adenozínu: Jamousederivatívna práca: adenozín (talk)-HatchSlackpathway.svg (CC BY-SA 2.5) cez Commons Wikimedia