Forskel mellem C3 og C4 planter

Det vigtigste forskel mellem C3 og C4 planter er det C3-planterne danner en tre-carbon-forbindelse som det første stabile produkt af den mørke reaktion, mens C4-planterne danner en fire-carbon-forbindelse som det første stabile produkt af den mørke reaktion.

Fotosyntese er en lysdrevet proces, der omdanner kuldioxid og vand til energirigt sukker i planter, alger og cyanobakterier. Under lysreaktionen fra fotosyntesen forekommer fotolyse af vandmolekyler. Som et resultat af fotolyse af vand frigøres ilt som et biprodukt. Efter lysreaktionen starter den mørke reaktion, og den syntetiserer kulhydrater ved at fikse kuldioxid. Imidlertid kan ilt frembragt fra lysreaktionen binde til hovedenzymet i den mørke reaktion, der er RuBP oxygenase-carboxylase (Rubisco) og udføre fotorespiration. Fotorespiration er en proces, der spilder energi og mindsker kulhydratsyntesen. Derfor er der tre forskellige måder, hvorpå mørk reaktion forekommer i planter for at forhindre mødet af ilt med Rubisco for at forhindre fotorespiration. Afhængig af den måde, hvorpå mørk reaktion finder sted, er der derfor 3 typer planter; nemlig C3-planter, C4-planter og CAM-planter.

INDHOLD

1. Oversigt og nøgleforskel
2. Hvad er C3-planter
3. Hvad er C4-planter
4. Ligheder mellem C3- og C4-planter
5. Sammenligning side ved side - C3 vs C4-planter i tabelform
6. Resume

Hvad er C3-planter?

Cirka 95% af planterne på jorden er C3-planter. Som navnet antyder udfører de C3-fotosyntetisk mekanisme, der er Calvin-cyklus. C3-fotosyntesen antages at være opstået for næsten 3,5 milliarder år siden. Disse planter er for det meste træagtige og runde bladplanter. I disse planter finder kulstoffiksering sted i mesophyllcellerne, der er lige under overhuden.

Kuldioxid kommer ind fra atmosfæren til mesophyllcellerne gennem stomaten. Så starter den mørke reaktion. Den første reaktion er fastgørelse af carbondioxid med Ribulose-bisphosphat i phosphoglycerat, som er en tre-carbon-forbindelse. Faktisk er det det første stabile produkt af C3-planterne. Ribulosebisphosphatcarboxylase (Rubisco) er det enzym, der katalyserer denne carboxyleringsreaktion i planter. Ligeledes forekommer Calvin-cyklussen cyklisk, mens den producerer kulhydrater.

Figur 01: C3-planter

Sammenlignet med C4-planter er C3-planter ineffektive med hensyn til deres fotosyntetiske mekanisme. Det er på grund af forekomsten af ​​fotorespiration i C3-planter. Fotorespiration forekommer på grund af oxygenaseaktiviteten af ​​Rubisco enzym. Oxygenering af Rubisco fungerer i den modsatte retning af carboxylering, forkaster effektivt fotosyntesen ved at spilde store mængder kulstof, der oprindeligt var fikseret af Calvin-cyklussen til en stor pris, og resulterer i tab af kuldioxid fra cellerne, der fikserer kuldioxid. Ligeledes forekommer interaktion med ilt og kuldioxid på det samme sted på Rubisco. Disse konkurrerende reaktioner kører normalt i et forhold på 3: 1 (carbon: oxygen). Det er således klart, at fotorespiration er en letstimuleret proces, der forbruger ilt og udvikler kuldioxid.

Hvad er C4-planter?

C4-planter findes i tørre og høje temperaturområder. Cirka 1% af plantearterne har C4-biokemi. Nogle eksempler på C4-planter er majs og sukkerrør. Som navnet antyder udfører disse planter C4-fotosyntetisk mekanisme. C4-fotosyntesen antages at være opstået for næsten 12 millioner år siden; længe efter udviklingen af ​​C3-mekanismen. C4-planter er muligvis bedre tilpasset nu, da de nuværende kuldioxidniveauer er meget lavere end for 100 millioner år siden.

C4-planter er meget mere effektive til opsamling af kuldioxid. Desuden findes C4-fotosyntesen i både monocot- og dicot-arter. I modsætning til C3-planter er det første stabile produkt dannet under fotosyntesen oxaloeddiksyre, som er en forbindelse med fire carbonatomer. Det vigtigste er, at bladene på disse planter viser en speciel type anatomi kaldet “Kranz Anatomy”. Der er en cirkel af bundtkappe-celler med chloroplaster omkring vaskulære bundter, hvorved C4-planter kan identificeres.

Figur 02: C4-planter

I denne vej forekommer kuldioxidfiksering to gange. I mesophyllcellecytoplasma, CO₂ fikseres først med phosphoenolpyruvat (PEP), der fungerer som en primær acceptor. Reaktionen katalyseres af PEP-carboxylase-enzym. Derefter konverteres PEP til malat og derefter til pyruvat frigørende CO₂. Og dette CO₂ fikseres igen for anden gang med Ribulose-bisphosphat til dannelse af 2 phosphoglycerat til udførelse af Calvin-cyklus.

Hvad er ligheden mellem C3- og C4-planter?

• Både C3- og C4-planter fikserer kuldioxid og producerer kulhydrater.
• De udfører en mørk reaktion.
• Begge typer planter udfører også den samme lysreaktion.
• Desuden har de kloroplaster til udførelse af fotosyntese.
• Deres fotosyntetiske ligning er den samme.
• Derudover involverer RuBP i den mørke reaktion af begge typer planter.
• Begge planter producerer phosphoglycerat.

Hvad er forskellen mellem C3- og C4-planter?

C3-planter producerer phosphoglycerinsyre som det første stabile produkt af den mørke reaktion. Det er en tre-carbonforbindelse. På den anden side producerer C4-planter oxalo-eddikesyre som det første stabile produkt af den mørke reaktion. Det er en forbindelse med fire carbonatomer. Derfor er dette den vigtigste forskel mellem C3- og C4-planter.

Desuden er fotosyntetisk effektivitet af C3-planter mindre end den fotosyntetiske effektivitet af C4-planter. Det skyldes fotorespiration set i C3-planter, som er ubetydelig i C4-planter. Det er således en anden forskel mellem C3- og C4-planter. Når man overvejer de strukturelle forskelle, har C3-planter ikke to typer chloroplaster og Kranz-anatomi i blade. På den anden side har C4-planter to typer af kloroplaster, og de viser Kranz-anatomi i blade. Derfor er det også en forskel mellem C3- og C4-planter.

Desuden er en yderligere forskel mellem C3- og C4-planter, at C3-planterne fikserer kuldioxid kun én gang, mens C4-planter fikserer kuldioxid to gange. På grund af dette faktum er C-assimilering mindre i C3-planter, mens C-assimilering er høj i C4-planter. Ikke kun det, C4-planter kan udføre fotosyntese, når stomien er lukket og under meget høje lyskoncentrationer og lav CO₂ koncentrationer. Imidlertid er C3-planter ikke i stand til at udføre fotosyntesen, når stomien er lukket og under meget høje lyskoncentrationer og lav CO₂ koncentrationer. Derfor er dette også en betydelig forskel mellem C3- og C4-planter. Desuden adskiller C3-planter og C4-planter sig fra den første kuldioxidacceptor. RuBP er CO₂ acceptor i C3-planter, mens PEP er den første CO₂ acceptor i C4-planter.

Resume - C3 vs C4 planter

C3 og C4 er to typer planter. C3-planter er meget almindelige, mens C4-planter er meget sjældne. Den vigtigste forskel mellem C3- og C4-planter afhænger af det første carbonprodukt, de producerer under den mørke reaktion. C3-planter udfører Calvin-cyklussen og producerer tre-carbonforbindelse som det første stabile produkt, mens C4-planterne udfører C4-mekanismen og producerer fire carbonforbindelser som det første stabile produkt. Desuden viser C3-planter mindre fotosyntetisk effektivitet, mens C4-planter viser høj fotosyntetisk effektivitet. Derudover har C3-planter ikke Kranz-anatomi i blade, og de har heller ikke to typer af kloroplaster. På den anden side har C4-planter Kranz-anatomi i deres blade, og de har også to typer af kloroplaster. Dette er således resuméet af C3- og C4-planter.

Reference:

1. Szczepanik, et al. ”Om mekanismen til C 4-fotosynteser mellemudveksling mellem Kranz Mesophyll og bundtkappe-celler i græs.” OUP Academic, Oxford University Press, 28. mar. 2008. Tilgængelig her 
2. Study.com, Study.com. Tilgængelig her 

Billede høflighed:

1. ”Forenklet fotorespirationsdiagram” af Rachel Purdon - Eget arbejde, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia 
2. ”HatchSlackpathway2” Af Adenosine (tale) - HatchSlackpathway.svg, (CC BY-SA 2.5) via Commons Wikimedia