Ποιες εξελικτικές προσαρμογές στον κύκλο Calvin παρατηρούνται στα φυτά C4;
1. Χωρικός διαχωρισμός της στερέωσης άνθρακα:
* Σύστημα δύο κυττάρων: Τα φυτά C4 έχουν εξειδικευμένα κύτταρα στα φύλλα τους:κύτταρα μεσοφυλίας και κύτταρα θήκης δέσμης.
* Αρχική σταθεροποίηση από PEP Carboxylase: Αντί να χρησιμοποιούν το Rubisco, τα φυτά C4 αρχικά διορθώνουν το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιώντας καρβοξυλάση φωσφοενολιπυροειδούς (PEP καρβοξυλάση) σε κύτταρα μεσοφυλίας. Αυτό το ένζυμο έχει υψηλότερη συγγένεια για το CO2 και είναι λιγότερο επιρρεπής σε δεσμευτικό οξυγόνο, σε αντίθεση με το Rubisco.
* Μεταφορά ενώσεων 4 άνθρακα: Η προκύπτουσα ένωση 4 άνθρακα, συνήθως μηλικό ή ασπαρτικό, στη συνέχεια μεταφέρεται σε κύτταρα θήκης δέσμης.
* Απερβοξυλίωση και κύκλος Calvin: Στα κύτταρα θήκης δέσμης, η ένωση 4 άνθρακα είναι δεκαρβοξυλιωμένη, απελευθερώνοντας CO2 που στη συνέχεια συγκεντρώνεται γύρω από το Rubisco στα κύτταρα θήκης δέσμης. Αυτή η υψηλή συγκέντρωση του CO2 αναστέλλει αποτελεσματικά την φωτοαποκτόρηση.
2. Βιοχημικές τροποποιήσεις:
* Υψηλότερη δραστηριότητα καρβοξυλάσης PEP: Τα φυτά C4 έχουν πολύ υψηλότερη συγκέντρωση καρβοξυλάσης PEP σε σύγκριση με τα φυτά C3. Αυτό τους επιτρέπει να συλλάβουν αποτελεσματικά το CO2 ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις.
* Αυξημένη δραστηριότητα rubisco: Παρά το γεγονός ότι χωρίζεται χωρικά, η δραστηριότητα Rubisco εξακολουθεί να είναι κρίσιμη για τα κύτταρα θήκης δέσμης. Τα φυτά C4 έχουν προσαρμοστεί ώστε να έχουν υψηλότερα επίπεδα δραστικότητας Rubisco σε αυτά τα κύτταρα.
3. Ανατομικές προσαρμογές:
* ανατομία Kranz: Τα φυτά C4 συχνά έχουν εξειδικευμένη ανατομία φύλλων που ονομάζεται "ανατομία Kranz". Αυτή η δομή αποτελείται από ένα δακτύλιο κυττάρων θήκης δέσμης που περιβάλλουν την αγγειακή δέσμη, η οποία περιβάλλεται από κύτταρα μεσοφυλλών. Αυτή η δομή επιτρέπει την αποτελεσματική μεταφορά ενώσεων 4 άνθρακα και διευκολύνει τη συγκέντρωση του CO2 στα κύτταρα θήκης δέσμης.
Συνολικά, αυτές οι προσαρμογές επιτρέπουν στα φυτά C4 να:
* ελαχιστοποιήστε τη φωτοαγγελέα: Η υψηλότερη συγκέντρωση CO2 στα κύτταρα θήκης δέσμης μειώνει την πιθανότητα οξυγόνου δέσμευσης rubisco, ελαχιστοποιώντας έτσι τη φωτοαποκτόρηση.
* Αύξηση της φωτοσυνθετικής απόδοσης: Τα φυτά C4 μπορούν να συνεχίσουν να φωτίζουν αποτελεσματικά σε καυτά, ξηρά περιβάλλοντα όπου η φωτοανουπιάρη είναι ένα σημαντικό πρόβλημα για τα φυτά C3.
Παραδείγματα φυτών C4:
* Καλαμπόκι
* Ζαχαροκάλαμος
* Σόργο
* Βερμούδα γρασίδι
* Crabgrass
Αυτές οι προσαρμογές έχουν επιτρέψει στα φυτά C4 να ευδοκιμήσουν σε περιβάλλοντα όπου τα φυτά C3 αγωνίζονται, συμβάλλοντας στην οικολογική τους επιτυχία σε τροπικές και υποτροπικές περιοχές.
