Διαφορά μεταξύ της οδού C3, C4 και CAM

• 2020

Η αφομοίωση του διοξειδίου του άνθρακα από το φως του ήλιου, για τη διαδικασία φωτοσύνθεσης και στη συνέχεια τη μετατροπή του σε γλυκόζη (ενέργεια) που συνθέτει διαφορετικό προϊόν είναι η βασική διαφορά μεταξύ των τριών. Κατά τη διάρκεια της σταθεροποίησης του CO2, όταν τα φωτοσυνθετικά φυτά παράγουν 3-φωσφογλυκερικό οξύ (PGA) ή 3-άνθρακα οξύ, το πρώτο προϊόν ονομάζεται C3 μονοπάτι .

Αλλά όταν το φωτοσυνθετικό φυτό, προτού προχωρήσει στην οδό C3, παράγει οξαλοξικό οξύ (ΟΑΑ) ή ένωση 4-άνθρακα ως το πρώτο σταθερό προϊόν που ονομάζεται C4 ή Hatch και Slack . Αλλά όταν τα φυτά απορροφούν την ενέργεια του ηλιακού φωτός κατά τη διάρκεια της ημέρας και χρησιμοποιούν αυτή την ενέργεια για την αφομοίωση ή την σταθεροποίηση του διοξειδίου του άνθρακα τη νύχτα ονομάζεται μεταβολισμός κυστοκυκλικού οξέος ή CAM .

Αυτές οι διαδικασίες ακολουθούνται από φυτά, ορισμένα είδη βακτηρίων και φύκια για την παραγωγή ενέργειας, ανεξάρτητα από τον βιότοπό τους. Η σύνθεση της ενέργειας, χρησιμοποιώντας το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό ως την κύρια πηγή για να αποκτήσουν θρεπτικά συστατικά από τον αέρα και το νερό, ονομάζεται φωτοσύνθεση. Αυτή είναι η βασική διαδικασία για το ζωντανό που παράγει τα τρόφιμα από μόνο του

Σε αυτό το περιεχόμενο, θα εξετάσουμε την ουσιαστική διαφορά μεταξύ των τριών τύπων μονοπατιών που ακολουθούνται από φυτά και λίγους μικροοργανισμούς και μια μικρή περιγραφή γι 'αυτά.

Συγκριτικό διάγραμμα

Ορισμός μιας διαδρομής C3 ή κύκλου Calvin.

Τα φυτά C3 είναι γνωστά ως δροσερά ή εύκρατα φυτά . Αναπτύσσονται καλύτερα σε μια βέλτιστη θερμοκρασία μεταξύ 65 και 75 ° F με τη θερμοκρασία του εδάφους κατάλληλη στους 40-45 ° F. Αυτοί οι τύποι φυτών εμφανίζουν υψηλή απόδοση σε υψηλή θερμοκρασία .

Το πρωτογενές προϊόν των φυτών C3 είναι το οξύ 3-άνθρακα ή το 3-φωσφογλυκερικό οξύ (PGA) . Αυτό θεωρείται ως το πρώτο προϊόν κατά τη διάρκεια της σταθεροποίησης του διοξειδίου του άνθρακα. Η οδός C3 ολοκληρώνεται σε τρία στάδια: καρβοξυλίωση, αναγωγή και αναγέννηση.

Τα φυτά C3 μειώνονται στο CO2 απευθείας στον χλωροπλάστη. Με τη βοήθεια της διφωσφορικής καρβοξυλάσης ριβουλόζης (RuBPcase), παράγονται τα δύο μόρια του οξέος 3-άνθρακα ή του 3-φωσφογλυκερικού οξέος . Αυτό το 3-φωσφογλυκερικό δικαιολογεί το όνομα του μονοπατιού ως C3.

Σε ένα άλλο στάδιο, το NADPH και το ΑΤΡ φωσφορυλιώνεται για να δώσει 3-ΡGA και γλυκόζη. Και τότε ο κύκλος αρχίζει εκ νέου με την αναγέννηση του RuBP.

Το μονοπάτι C3 είναι η μονοβάθμια διαδικασία, λαμβάνει χώρα στο χλωροπλάστη. Αυτή η οργανέλα δρα ως η αποθήκευση της ενέργειας του ηλιακού φωτός. Από το σύνολο των φυτών που υπάρχουν στη γη, το 85 τοις εκατό χρησιμοποιεί αυτό το μονοπάτι για την παραγωγή ενέργειας.

Οι μονάδες C3 μπορούν να είναι πολυετείς ή ετήσιες. Είναι εξαιρετικά πρωτεϊνούχα από τα φυτά C4. Τα παραδείγματα των ετήσιων φυτών C3 είναι το σιτάρι, η βρώμη και η σίκαλη και τα φυτά που περικλείουν τα φυτά περιλαμβάνουν τα φούσκες, τα λειόκαννα και τα οπωροφόρα δέντρα. Τα φυτά C3 παρέχουν μεγαλύτερη ποσότητα πρωτεΐνης από τα φυτά C4.

Ορισμός της οδού C4 ή της οδού του Hatch και Slack.

Τα φυτά, ειδικά στην τροπική περιοχή, ακολουθούν αυτή την πορεία. Πριν από τον κύκλο Calvin ή C3, μερικά φυτά ακολουθούν το μονοπάτι C4 ή Hatch και Slack. Πρόκειται για μια διεργασία δύο σταδίων, όπου παράγεται οξαλοξικό οξύ (ΟΑΑ) που είναι ένωση 4-άνθρακα . Εμφανίζεται σε κυψελίδα μεσοφυλλίων και δεσμίδων που υπάρχει σε χλωροπλάστη.

Όταν παράγεται η ένωση 4-άνθρακα, αποστέλλεται στο κύτταρο της θήκης δέσμης, εδώ το μόριο 4-άνθρακα περαιτέρω διασπάται σε ένα διοξείδιο του άνθρακα και την ένωση 3-cabon. Τελικά, η οδός C3 αρχίζει να παράγει ενέργεια, όπου η ένωση 3-άνθρακα δρα ως πρόδρομος.

Τα C4 φυτά είναι επίσης γνωστά ως ζεστά ή τροπικά φυτά . Αυτά μπορεί να είναι πολυετή ή ετήσια. Η τέλεια θερμοκρασία για την ανάπτυξη αυτών των φυτών είναι 90-95 ° F. Τα φυτά C4 είναι πολύ πιο αποτελεσματικά στη χρήση του αζώτου και τη συλλογή διοξειδίου του άνθρακα από το έδαφος και την ατμόσφαιρα. Η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες είναι χαμηλή σε σύγκριση με τα φυτά C3.

Αυτά τα φυτά πήραν το όνομά τους από το προϊόν που ονομάζεται οξαλοξικός εστέρας που είναι 4 ανθρακικό οξύ. Τα παραδείγματα των πολυετών φυτών C4 είναι το Ινδικό χορτάρι, το Bermudagrass, το χόρτο, το μεγάλο bluestem και αυτό των ετήσιων φυτών C4 είναι τα sudangrasses, το καλαμπόκι, το μαργαριτάρι κεχρί.

Ορισμός μονάδων CAM

Η αξιοσημείωτη παρατήρηση που διακρίνει αυτή τη διαδικασία από τις δύο παραπάνω είναι ότι σε αυτόν τον τύπο φωτοσύνθεσης ο οργανισμός απορροφά την ενέργεια από το ηλιακό φως την ημέρα και χρησιμοποιεί αυτή την ενέργεια κατά τη διάρκεια της νύχτας για την αφομοίωση του διοξειδίου του άνθρακα.

Είναι ένα είδος προσαρμογής κατά την περίοδο της περιοδικής ξηρασίας. Αυτή η διαδικασία επιτρέπει την ανταλλαγή αερίων τη νύχτα όταν η θερμοκρασία του αέρα είναι πιο ψυχρή, και υπάρχει η απώλεια υδρατμών.

Περίπου το 10% των αγγειακών φυτών έχουν προσαρμόσει τη φωτοσύνθεση CAM αλλά κυρίως βρίσκονται σε φυτά που καλλιεργούνται στην άγονη περιοχή. Τα φυτά όπως ο κάκτος και τα ευφορία είναι τα παραδείγματα. Ακόμα και οι ορχιδέες και οι βρωμιές, προσαρμόζονταν αυτό το μονοπάτι λόγω ακανόνιστου ύδατος.

Την ημέρα, το μηλικό αποκαρβοξυλιώνεται για να παράσχει CO2 για τη σταθεροποίηση του κύκλου Benson-Calvin σε κλειστά στομάτα. Το κύριο χαρακτηριστικό των φυτών CAM είναι η αφομοίωση του CO2 τη νύχτα σε μηλικό οξύ, που αποθηκεύεται στα κενοτόπια. Η PEP καρβοξυλάση παίζει τον κύριο ρόλο στην παραγωγή μηλικού.

Βασικές διαφορές των εγκαταστάσεων C3, C4 και CAM.

Πάνω από τη συζήτηση για τη διαδικασία απόκτησης ενέργειας από αυτούς τους διαφορετικούς τύπους, παρακάτω θα συζητήσουμε τις βασικές διαφορές μεταξύ των τριών:

1. C3 ή φυτά C3 μπορούν να οριστούν ως φυτά των οποίων το πρώτο προϊόν μετά την απορρόφηση άνθρακα από το ηλιακό φως είναι μόριο 3-άνθρακα ή 3-φωσφογλυκερικό οξύ για την παραγωγή ενέργειας. Χρησιμοποιείται συνήθως από τα φυτά. Ενώ τα φυτά σε τροπική περιοχή μετατρέπουν την ενέργεια του ηλιακού φωτός σε μόριο άνθρακα C4 ή οξαλοξικό οξύ, ο κύκλος αυτός πραγματοποιείται πριν από τον κύκλο C3 και στη συνέχεια με τη βοήθεια ενζύμων μεταφέρει την περαιτέρω διαδικασία θρεπτικών συστατικών, ονομάζεται C4 φυτά και ονομάζεται οδός ως μονοπάτι C4. Αυτό το μονοπάτι είναι πιο αποτελεσματικό από το μονοπάτι C3. Από την άλλη πλευρά, τα φυτά που αποθηκεύουν την ενέργεια από τον ήλιο κατά τη διάρκεια της ημέρας και στη συνέχεια τη μετατρέπουν σε ενέργεια τη νύχτα ακολουθούν το μεταβολισμό CAM ή crassulacean acid .
2. Τα κύτταρα που εμπλέκονται σε μία οδό C3 είναι κύτταρα μεσοφυλλίων και σε εκείνη της οδού C4 είναι κύτταρα μεσοφυλλικού κυττάρου, κύτταρα δέσμης, αλλά το CAM ακολουθεί και τα C3 και C4 στα ίδια κύτταρα μεσόφυλλων.
3. Ένα παράδειγμα του C3 είναι το ηλιοτρόπιο, το σπανάκι, το φασόλι, το ρύζι, το βαμβάκι, ενώ το παράδειγμα των φυτών C4 είναι το ζαχαροκάλαμο, το σόργο και ο καλαμπόκι, και οι κάκτοι, οι ορχιδέες είναι το παράδειγμα των φυτών CAM.
4. Το C3 μπορεί να παρατηρηθεί σε όλα τα φωτοσυνθετικά φυτά, ενώ το C4 ακολουθείται από τροπικά φυτά και CAM από φυτά ημι-άνυδρης κατάστασης.
5. Οι τύποι των φυτών που χρησιμοποιούν τον κύκλο C3 είναι μεσοφυτικοί, υδροφυσικοί, ξηροφυτικοί αλλά ακολουθούνται τα C4 στα μεσοφυτικά φυτά και ακολουθεί το Xerophytic CAM.
6. Η αναπνευστική αναπνοή υπάρχει στο υψηλότερο ποσοστό ενώ δεν είναι εύκολα ανιχνεύσιμη σε C4 και CAM.
7. 12 NADPH και 18 ATP στον κύκλο C3. 12 NADPH και 30 ΑΤΡ σε C4 και 12 NADPH και 39 ΑΤΡ απαιτούνται για την παραγωγή γλυκόζης.
8. Το 3-φωσφογλυκερικό (3-PGA) είναι το πρώτο σταθερό προϊόν της οδού του C3. Οξαλαιοξεικό (ΟΑΑ) για την οδό C4 και Οξαλουοξικό (OAA) τη νύχτα, 3 PGA την ημέρα σε CAM.
9. Η βέλτιστη θερμοκρασία για τη φωτοσύνθεση στο C3 είναι 15-25 ° C. 30-40 ° C σε φυτά C4 και> 40 ° C σε CAM
10. Το ένζυμο καρβοξυλίωση είναι RuBP καρβοξυλάση σε φυτά C3, αλλά σε C4 φυτά είναι PEP καρβοξυλάση (σε μεσόφιλο) και RuBP καρβοξυλάση (σε θήκη δέσμης) ενώ στο CAM είναι PEP καρβοξυλάση (στο σκοτάδι) και RuBP καρβοξυλάση (σε φως).
11. C02: ΑΤΡ: Αναλογία NADPH2 1: 3: 2 σε C3, 1: 5: 2 σε C4 και 1: 6.5: 2 σε CAM.
12. Ο αρχικός αποδέκτης CO2 είναι 1, 5-διφωσφορική ριβουλόζη (RuBP) σε μια οδό C3 και φωσφοενελοπυροσταφυλικό (PEP) σε C4 και CAM.
13. Η ανατομία Kranz υπάρχει μόνο στο μονοπάτι C4 και απουσιάζει στα φυτά C3 και CAM.
14. Το σημείο αντιστάθμισης CO2 (ppm) είναι 30-70 στο εργοστάσιο C3. 6-10 σε C4 φυτά και 0-5 στο σκοτάδι σε CAM.

συμπέρασμα

Όλοι γνωρίζουμε το γεγονός ότι τα φυτά προετοιμάζουν τα τρόφιμά τους με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Μετατρέπουν το ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα σε φυτική τροφή ή ενέργεια (γλυκόζη). Αλλά καθώς τα φυτά αναπτύσσονται στον διαφορετικό βιότοπο, έχουν διαφορετικές ατμοσφαιρικές και κλιματικές συνθήκες. διαφέρουν στη διαδικασία απόκτησης ενέργειας.

Όπως και στην περίπτωση των μονοπατιών C4 και CAM, οι δύο προσαρμογές προέκυψαν από τη φυσική επιλογή, την επιβίωση των φυτών υψηλής θερμοκρασίας και της άνυδρης περιοχής. Έτσι μπορούμε να πούμε ότι πρόκειται για τις τρεις διαφορετικές βιοχημικές μεθόδους, των φυτών για την απόκτηση ενέργειας και το C3 είναι το πιο κοινό μεταξύ τους.