Hlavný rozdiel - rastliny C3 vs. C4

Rastliny C3 a C4 sú dva typy rastlín používajúcich cykly C3 a C4 počas tmavej reakcie fotosyntézy. Asi 95% rastlín na Zemi tvoria rastliny C3. Cukrová trstina, cirok, kukurica a trávy sú rastliny C4. Listy rastlín C4 vykazujú Kranzovu anatómiu. Rastliny C4 sú schopné fotosyntetizácie aj v nízkych koncentráciách oxidu uhličitého, ako aj v horúcich a suchých podmienkach. Preto je účinnosť fotosyntézy v rastlinách C4 vyššia ako účinnosť v rastlinách C3. The hlavný rozdiel medzi rastlinami C3 a C4 je to tak v rastlinách C3 sa pozoruje jednoduchá fixácia oxidu uhličitého a v rastlinách C4 dvojitá fixácia oxidu uhličitého.

Tento článok sa zameriava na

1. Čo sú to rastliny C3 - Definícia, charakteristika, vlastnosti, príklady 2. Čo sú to rastliny C4 - Definícia, charakteristika, vlastnosti, príklady 3. Aký je rozdiel medzi rastlinami C3 a C4

Čo sú rastliny C3

Rastliny C3 používajú Calvinov cyklus ako svoj mechanizmus tmavej reakcie pri fotosyntéze. Prvá stabilná zlúčenina vyrobená v Calvinovom cykle je 3-fosfoglycerát. Pretože 3-fosfoglycerát je zlúčenina s tromi uhlíkmi, Calvinov cyklus sa nazýva cyklus C3. Rastliny C3 priamo fixujú oxid uhličitý enzýmom, ribulóza -bisfosfátkarboxylázou (rubisco). K tejto fixácii dochádza v chloroplastoch mezofylových buniek. C3 cyklus prebieha v troch krokoch. V prvom kroku je oxid uhličitý fixovaný do päťuhlíkového cukru, ribulózy 1,5-bisfosfátu, ktorý je alternatívne hydrolyzovaný na 3-fosfoglycerát. Niektoré z 3-fosfoglycerátov sa v druhom kroku redukujú na hexózofosfáty, ako je 6-fosfát glukózy, 1-fosfát glukózy a 6-fosfát fruktózy. Zostávajúci 3-fosfoglycerát sa recykluje, čím sa získa 1,5-fosfát ribulózy.

Optimálny teplotný rozsah rastlín C3 je 65-75 stupňov Fahrenheita. Keď teplota pôdy dosiahne 40-45 stupňov Fahrenheita, začnú rásť rastliny C3. Preto sa nazývajú rastliny C3 rastliny chladnej sezóny. Účinnosť fotosyntézy klesá so zvyšujúcou sa teplotou. Na jar a na jeseň sa rastliny C3 stanú produktívnymi kvôli vysokej pôdnej vlhkosti, kratšej fotoperiode a chladnej teplote. V lete sú rastliny C3 menej produktívne kvôli vysokej teplote a menšej vlhkosti pôdy. Rastlinami C3 môžu byť buď jednoročné rastliny, ako je pšenica, ovos a raž, alebo viacročné rastliny, ako sú kostravy a ovocné sady. Prierez listu Arabidopsis thaliana, ktorý je rastlinou C3, je znázornený na obrázku 1. Bunky puzdra zväzku sú zobrazené ružovou farbou.

Obrázok 1: List Arabidopsis thaliana

Čo sú rastliny C4

Rastliny C4 používajú Hatch-Stack cyklus ako svoj reakčný mechanizmus v tmavej reakcii fotosyntézy. Prvá stabilná zlúčenina vyrobená v Hatch-Stackovom cykle je oxaloacetát. Pretože oxaloacetát je zlúčenina so štyrmi uhlíkmi, Hatch-Stackov cyklus sa nazýva cyklus C4. Rastliny C4 fixujú oxid uhličitý dvakrát, v mezofylových bunkách a potom vo zväzkových plášťových bunkách, pomocou enzýmov, fosfoenolpyruvátkarboxylázy a ribulóza -bisfosfátkarboxylázy (rubisco). Fosfoenolpyruvát v mezofylových bunkách kondenzuje s oxidom uhličitým za vzniku oxaloacetátu. Tento oxaloacetát sa stáva malátom, aby sa preniesol do buniek puzdra zväzku. Vo vnútri buniek puzdra zväzku je dekarboxylovaný malát, čím je v týchto bunkách k dispozícii oxid uhličitý pre Calvinov cyklus. Potom je oxid uhličitý fixovaný druhýkrát vo vnútri puzdrových buniek zväzku.

Optimálna teplota rastlín C4 je 90-95 stupňov Fahrenheita. Rastliny C4 začínajú rásť pri 60-65 stupňoch Fahrenheita. Rastlinám C4 sa preto hovorí rastliny tropického alebo teplého obdobia. Rastliny C4 sú efektívnejšie v zbere oxidu uhličitého a vody z pôdy. Póry stomata, ktoré si vymieňajú plyn, sú držané blízko väčšiny dňa počas dňa, aby sa znížila nadmerná strata vlhkosti v suchých a horúcich podmienkach. Ročné rastliny C4 sú kukurica, perlička a sudangrass. Vytrvalými rastlinami C4 sú bermudagrass, indická tráva a rozchodník. Listy rastlín C4 vykazujú Kranzovu anatómiu. Bunky puzdra fotosyntetizujúceho zväzku pokrývajú cievne tkanivá listu. Tieto bunky puzdra zväzku sú obklopené mezofylovými bunkami. Prierez listom kukurice, ktorý ukazuje Kranzovu anatómiu, je znázornený na obrázku 2.

Obrázok 2: List kukurice

Rozdiel medzi rastlinami C3 a C4

Alternatívne názvy

Rastliny C3: Rastliny C3 sa nazývajú rastliny chladnej sezóny.

Rastliny C4: Rastliny C4 sa nazývajú rastliny v teplom období.

Kranzova anatómia

Rastliny C3: Listom rastlín C3 chýba Kranzova anatómia.

Rastliny C4: Listy rastlín C4 majú Kranzovu anatómiu.

Bunky

Rastliny C3: V rastlinách C3 tmavú reakciu vykonávajú bunky mezofylu. Bunkám puzdra zväzku chýbajú chloroplasty.

Rastliny C4: V rastlinách C4 tmavú reakciu vykonávajú bunky mezofylu aj bunky puzdra zväzku.

Chloroplasty

Rastliny C3: Chloroplasty rastlín C3 sú monomorfné. Rastliny C3 obsahujú iba granulované chloroplasty.

Rastliny C4: Chloroplasty rastlín C4 sú dimorfné. Rastliny C4 obsahujú granulované aj agranulárne chloroplasty.

Periférne retikulum

Rastliny C3: Chloroplastom rastlín C3 chýba periférne retikulum.

Rastliny C4: Chloroplasty rastlín C4 obsahujú periférne retikulum.

Fotosystém II

Rastliny C3: Chloroplasty rastlín C3 pozostávajú z PS II.

Rastliny C4: Chloroplasty z rastlín C4 neobsahujú PS II.

Stomata

Rastliny C3: Fotosyntéza je inhibovaná, keď sú stomaty zatvorené.

Rastliny C4: Fotosyntéza prebieha, aj keď sú stomaty zatvorené.

Fixácia oxidu uhličitého

Rastliny C3: V rastlinách C3 dochádza k jedinej fixácii oxidu uhličitého.

Rastliny C4: V rastlinách C4 dochádza k dvojitej fixácii oxidu uhličitého.

Účinnosť pri fixácii oxidu uhličitého

Rastliny C3: Fixácia oxidu uhličitého je v rastlinách C3 menej účinná a pomalá.

Rastliny C4: Fixácia oxidu uhličitého je v závodoch C4 efektívnejšia a rýchlejšia.

Účinnosť fotosyntézy

Rastliny C3: Fotosyntéza je v rastlinách C3 menej účinná.

Rastliny C4: Fotosyntéza je účinná v rastlinách C4.

Fotorespirácia

Rastliny C3: Fotorespirácia sa vyskytuje v rastlinách C3, keď je koncentrácia oxidu uhličitého nízka.

Rastliny C4: Pri nízkych koncentráciách oxidu uhličitého nie je pozorovaná žiadna fotorespirácia.

Optimálna teplota

Rastliny C3: Optimálny teplotný rozsah rastlín C3 je 65-75 stupňov Fahrenheita.

Rastliny C4: Optimálny teplotný rozsah rastlín C4 je 90-95 stupňov Fahrenheita.

Karboxylázový enzým

Rastliny C3: Enzým karboxylázy je v rastlinách C3 rubisco.

Rastliny C4: Enzýmom karboxylázy je PEP karboxyláza a rubisco v rastlinách C4.

Prvá stabilná zlúčenina v temnej reakcii

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

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

Obsah bielkovín v rastline

Rastliny C3: Rastliny C3 obsahujú vysoký obsah bielkovín.

Rastliny C4: Rastliny C4 obsahujú nízky obsah bielkovín v porovnaní s rastlinami C3.

Záver

Rastliny C3 a C4 používajú odlišné metabolické reakcie počas tmavej reakcie fotosyntézy. Rastliny C3 používajú Calvinov cyklus, zatiaľ čo rastliny C4 používajú Hatch-Slackov cyklus. V rastlinách C3 dochádza k tmavej reakcii v mezofylových bunkách fixáciou oxidu uhličitého priamo na 1, 5-bisfosfát ribulózy. V rastlinách C4 je oxid uhličitý fixovaný na fosfoenolpyruvát, pričom tvorí malát, aby sa preniesol do buniek puzdra zväzku, kde prebieha Calvinov cyklus. Preto je oxid uhličitý v rastlinách C4 fixovaný dvakrát. Aby sa prispôsobili mechanizmu C4, listy rastlín C4 vykazujú Kranzovu anatómiu. Účinnosť fotosyntézy je v rastlinách C4 vysoká v porovnaní s rastlinami C3. Rastliny C4 sú schopné vykonávať fotosyntézu aj po zatvorení priedušiek. Hlavným rozdielom medzi rastlinami C3 a C4 sú preto ich metabolické reakcie, ktoré fungujú počas tmavej reakcie fotosyntézy.

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. apríla 2017.

Obrázok so súhlasom: 1. „Prierez Arabidopsis thaliana, závod C3“ Autor: Ninghui Shi-vlastná práca (CC BY-SA 3.0) prostredníctvom Commons Wikimedia 2. „Prierez kukuricou, závodom C4“ Autor: Ninghui Shi-vlastná práca, (CC BY-SA 3.0) prostredníctvom Commons Wikimedia