Διαφορά μεταξύ του κύκλου C3 και C4

Κύρια διαφορά – Κύκλος C3 έναντι C4

Ο κύκλος C3 και C4 είναι δύο τύποι κυκλικών αντιδράσεων που εμφανίζονται ως η σκοτεινή αντίδραση της φωτοσύνθεσης. Η φωτοσύνθεση είναι η παραγωγή απλών οργανικών μορίων, γλυκόζης από ανόργανα μόρια, διοξειδίου του άνθρακα και νερού, χρησιμοποιώντας το ηλιακό φως ως πηγή ενέργειας. Κατά τη φωτοσύνθεση, η αντίδραση του φωτός ακολουθείται από την αντίδραση του σκοταδιού. Ο κύκλος C3 ονομάζεται επίσης κύκλος Calvin , ενώ ο κύκλος C4 ονομάζεται κύκλος Hatch-Slack . Η κύρια διαφορά μεταξύ του κύκλου C3 και C4 είναι η πρώτη σταθερή ένωση που παράγεται από αυτές τις αντιδράσεις. η πρώτη σταθερή ένωση που παράγεται στον κύκλο C3 είναι μια ένωση τριών άνθρακα που ονομάζεται 3-φωσφογλυκερικό οξύ (PGA) λαμβάνοντας υπόψη ότι η πρώτη σταθερή ένωση που παράγεται στον κύκλο του C4 είναι μια ένωση τεσσάρων ατόμων άνθρακα που ονομάζεται οξαλοξικό οξύ (OAA).

Αυτό το άρθρο εξερευνά,

1. Τι είναι ο κύκλος C3
      – Χαρακτηριστικά, Διαδικασία, Λειτουργία
2. Τι είναι ο κύκλος C4
      – Χαρακτηριστικά, Διαδικασία, Λειτουργία
3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ C3 και C4 Cycle

Τι είναι ο κύκλος C3

Ο κύκλος C3 είναι ένα από τα δύο μονοπάτια αντίδρασης που μπορεί να συμβεί στη σκοτεινή αντίδραση της φωτοσύνθεσης. Εμφανίζεται σε όλα τα φυτά. Στον κύκλο C3 παρατηρούνται τρία βήματα. Κατά το πρώτο στάδιο, το διοξείδιο του άνθρακα στερεώνεται σε 1,5-διφωσφορική ριβουλόζη, σχηματίζοντας μια ασταθή ένωση έξι άνθρακα, η οποία στη συνέχεια υδρολύεται σε ένωση τριών άνθρακα, 3-φωσφογλυκερικό. Η δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα καταλύεται από το ένζυμο, το rubisco, το οποίο βρίσκεται στη στρωματική επιφάνεια της θυλακοειδής μεμβράνης του χλωροπλάστου. Η σταθεροποίηση του διοξειδίου του άνθρακα είναι το περιοριστικό βήμα του κύκλου C3. Λόγω της καταλυτικής ατέλειας του ενζύμου, του rubisco, το ένζυμο αντιδρά με το μοριακό οξυγόνο με μια διαδικασία που ονομάζεται φωτοαναπνοή. Δύο μόρια 3-φωσφογλυκερικού σχηματίζονται από το πρώτο βήμα του κύκλου C3 ανά μία μόνο δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα. Κατά το δεύτερο στάδιο, ένα μόριο 3-φωσφογλυκερικού ανάγεται, σχηματίζοντας τρεις τύπους φωσφορικών εξόζης:6-φωσφορική φρουκτόζη, 6-φωσφορική γλυκόζη και 1-φωσφορική γλυκόζη. Το υπόλοιπο 3-φωσφογλυκερικό ανακυκλώνεται, σχηματίζοντας ριβουλόζη 1, 5-διφωσφορική. Ο κύκλος C3 φαίνεται στην εικόνα 1 .

Εικόνα 1:Κύκλος C3

Τι είναι ο κύκλος C4

Ο κύκλος C4 είναι η άλλη οδός αντίδρασης που εμφανίζεται στη σκοτεινή αντίδραση της φωτοσύνθεσης. Τα φυτά, που αναπτύσσονται σε ζεστά και ξηρά περιβάλλοντα όπως το ζαχαροκάλαμο, το καλαμπόκι και το καβουρόχορτο, χρησιμοποιούν το μονοπάτι C4 κατά τη φωτοσύνθεση. Οι πόροι ανταλλαγής αερίων των στομάτων διατηρούνται κοντά το μεγαλύτερο μέρος της ημέρας σε αυτά τα φυτά προκειμένου να μειωθεί η υπερβολική απώλεια υγρασίας σε ξηρές και ζεστές συνθήκες. Έτσι, η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα μέσα στα φύλλα των φυτών μειώνεται επίσης με την εξέλιξη του κύκλου C3. Όταν η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα είναι χαμηλή, η φωτοαναπνοή ενισχύεται, μειώνοντας την αποτελεσματικότητα της φωτοσύνθεσης. Προκειμένου να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα της φωτοσύνθεσης σε ξηρές και ζεστές συνθήκες, αυτά τα φυτά C4 διεξάγουν τον κύκλο του C4.

Δύο τύποι κυττάρων εμπλέκονται στον κύκλο C4:κύτταρα μεσοφύλλης και κύτταρα δέσμης περιβλήματος. Ο αγγειακός ιστός του φύλλου περιβάλλεται από δεσμικά κύτταρα περιβλήματος. Η δομή του φύλλου των φυτών C4 περιγράφεται από την ανατομία του Kranz. Η πυροσταφυλική φωσφαινόλη αντιδρά με το διοξείδιο του άνθρακα στα κύτταρα της μεσόφυλλης, σχηματίζοντας οξαλοξικό, το οποίο είναι μια ένωση τεσσάρων ατόμων άνθρακα. Η αντίδραση καταλύεται από το ένζυμο καρβοξυλάση πυροσταφυλικής φωσφοενόλης, το οποίο είναι μη ευαίσθητο στο οξυγόνο. Το οξαλοξικό στη συνέχεια ανάγεται σε μηλικό, το οποίο μεταφέρεται σε κύτταρα δέσμης περιβλήματος. Στα κύτταρα του περιβλήματος της δέσμης, το μηλικό αποκαρβοξυλιώνεται αφαιρώντας το διοξείδιο του άνθρακα και εισέρχεται στον κύκλο C3. Ο κύκλος C4 φαίνεται στην εικόνα 2 .

Εικόνα 2:Κύκλος C4

Διαφορά μεταξύ του κύκλου C3 και C4

Πρώτη σταθερή ένωση

Κύκλος C3: Η πρώτη σταθερή ένωση που παράγεται στον κύκλο C3 είναι μια ένωση τριών άνθρακα που ονομάζεται 3-φωσφογλυκερικό οξύ.

Κύκλος C4: Η πρώτη σταθερή ένωση που παράγεται στον κύκλο C4 είναι μια ένωση τεσσάρων ατόμων άνθρακα που ονομάζεται οξαλοξικό οξύ.

Πρώτη παρατήρηση

Κύκλος C3: Ο κύκλος C3 παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από τον Melvin Calvin.

Κύκλος C4: Ο κύκλος C4 παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από τους Hatch και Slack.

Εναλλακτικά ονόματα

Κύκλος C3: Ο κύκλος C3 ονομάζεται κύκλος Calvin.

Κύκλος C4: Ο κύκλος C4 ονομάζεται κύκλος Hatch-Slack.

Παρουσία

Κύκλος C3: Ο κύκλος C3 βρίσκεται σε όλα τα φυτά.

Κύκλος C4: Ο κύκλος C4 βρίσκεται μόνο σε φυτά C4 όπως το σόργο και ο αραβόσιτος.

Πρωτεύων δέκτης διοξειδίου του άνθρακα

Κύκλος C3: Ο κύριος δέκτης διοξειδίου του άνθρακα είναι μια ένωση πέντε άνθρακα, η διφωσφορική ριβουλόζη (RUBP).

Κύκλος C4: Ο κύριος δέκτης διοξειδίου του άνθρακα είναι μια ένωση τριών ανθράκων, το φωσφοενολικό πυροσταφυλικό οξύ (PEP).

Ένζυμο καρβοξυλάσης

Κύκλος C3: Το ένζυμο καρβοξυλάση είναι το Rubisco στα φυτά C3.

Κύκλος C4: Τα ένζυμα καρβοξυλάσης είναι καρβοξυλάση PEP και Rubisco.

Στερέωση άνθρακα

Κύκλος C3: Μια μεμονωμένη στερέωση άνθρακα λαμβάνει χώρα στον κύκλο C3.

Κύκλος C4: Διπλοί δεσμεύσεις άνθρακα συμβαίνουν στον κύκλο C4.

Αποτελεσματικότητα στη στερέωση άνθρακα

Κύκλος C3: Η στερέωση άνθρακα είναι λιγότερο αποτελεσματική και αργή στον κύκλο C3.

Κύκλος C4: Η στερέωση άνθρακα είναι πιο αποτελεσματική και γρήγορη στον κύκλο C4.

Απαιτήσεις της στερέωσης άνθρακα

Κύκλος C3: Η στερέωση ενός μόνο μορίου άνθρακα απαιτεί 3 ATP και 2 NADH.

Κύκλος C4: Η στερέωση μιας μεμονωμένης στερέωσης άνθρακα απαιτεί 5 ATP και 3 NADH.

Τύποι χλωροπλαστών

Κύκλος C3: Οι κοκκώδεις χλωροπλάστες εμπλέκονται στον κύκλο C3.

Κύκλος C4: Οι κοκκώδεις και οι κοκκώδεις χλωροπλάστες εμπλέκονται στον κύκλο C4.

Kranz Anatomy in Leaves

Κύκλος C3: Η ανατομία του Kranz απουσιάζει στα φύλλα των φυτών C3.

Κύκλος C4: Η ανατομία του Kranz υπάρχει στα φύλλα των φυτών C4.

Κελιά

Κύκλος C3: Ο κύκλος C3 πραγματοποιείται από κύτταρα μεσοφύλλης.

Κύκλος C4: Ο κύκλος C4 πραγματοποιείται τόσο από κύτταρα μεσοφύλλης όσο και από κύτταρα δέσμης περιβλήματος.

Βέλτιστη θερμοκρασία

Κύκλος C3: Η βέλτιστη θερμοκρασία του κύκλου C3 είναι 20-25 βαθμοί Κελσίου.

Κύκλος C4: Η βέλτιστη θερμοκρασία του κύκλου C4 είναι 30-45 βαθμοί Κελσίου.

Σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα

Κύκλος C3: Ο κύκλος C3 δεν μπορεί να προχωρήσει σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα.

Κύκλος C4: Ο κύκλος C4 μπορεί να συνεχιστεί σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα.

Επίδραση οξυγόνου

Κύκλος C3: Ο κύκλος C3 αναστέλλεται από το οξυγόνο.

Κύκλος C4: Δεν παρατηρείται αναστολή του κύκλου c4 με τον κύκλο C4.

Ηλιοφως

Κύκλος C3: Ο κύκλος C3 μπορεί να κορεστεί από το φως του ήλιου.

Κύκλος C4: Ο κύκλος C4 δεν κορεστεί από το φως του ήλιου.

Φωτοαναπνοή

Κύκλος C3: Σημαντική ποσότητα φωτοαναπνοής παρατηρείται στον κύκλο C3.

Κύκλος C4: Αμελητέα ποσότητα φωτοαναπνοής παρατηρείται στον κύκλο C4.

Συμπέρασμα

Ο κύκλος C3 και C4 είναι οι δύο τύποι σκοτεινών αντιδράσεων που συμβαίνουν κατά τη φωτοσύνθεση. Ο κύκλος C3 συμβαίνει σε όλα τα φυτά στους 20-25 βαθμούς Κελσίου, ενώ ο κύκλος C4 συμβαίνει μόνο σε φυτά C4 στους 30-45 βαθμούς Κελσίου. Κατά τη διάρκεια του κύκλου C3, παρατηρείται ένα μεμονωμένο γεγονός στερέωσης άνθρακα ενώ, κατά τον κύκλο C4, παρατηρούνται δύο συμβάντα στερέωσης άνθρακα. Η φωτοαναπνοή συμβαίνει κατά τη διάρκεια του κύκλου C3, αλλά αμελητέες ποσότητες φωτοαναπνοής συμβαίνουν κατά τη διάρκεια του κύκλου C4. Η απόδοση του κύκλου C3 είναι χαμηλή σε σύγκριση με την απόδοση του κύκλου C4. Η κύρια διαφορά μεταξύ του κύκλου C3 και C4 είναι ο αριθμός των ανθράκων στην πρώτη σταθερή ένωση που παράγεται σε κάθε κύκλο.

Αναφορά:
1. Berg, Jeremy M. "The Calvin Cycle Synthesizes Hexoses from Carbon Dioxide and Water." Βιοχημεία. 5η έκδοση. U.S. National Library of Medicine, 01 Ιανουαρίου 1970. Web. 16 Απρ. 2017.
2. Lodish, Harvey. «Μεταβολισμός CO2 κατά τη φωτοσύνθεση». Μοριακή Κυτταρική Βιολογία. 4η έκδοση. U.S. National Library of Medicine, 01 Ιανουαρίου 1970. Web. 16