Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της φωτοσύνθεσης C3 C4 και CAM

Η κύρια διαφορά μεταξύ της φωτοσύνθεσης C3 C4 και CAM είναι ότι η C3 φωτοσύνθεση παράγει μια ένωση τριών ανθράκων μέσω του κύκλου Calvin και η φωτοσύνθεση C4 παράγει μια ενδιάμεση ένωση τεσσάρων άνθρακα, η οποία διασπάται σε μια ένωση τριών άνθρακα για τον κύκλο Calvin, ενώ η CAM Η φωτοσύνθεση συγκεντρώνει το ηλιακό φως κατά τη διάρκεια της ημέρας και σταθεροποιεί το διοξείδιο του άνθρακα τη νύχτα. Επιπλέον, η πλειονότητα των φυτών υφίσταται φωτοσύνθεση C3, ενώ η φωτοσύνθεση C4 λαμβάνει χώρα σε περίπου 3% των αγγειακών φυτών, συμπεριλαμβανομένων του καβουριού, του ζαχαροκάλαμου, του καλαμποκιού κ.λπ.

Η φωτοσύνθεση C3, C4 και CAM είναι τρεις τύποι μονοπατιών φωτοσύνθεσης με διαφορετικούς τρόπους κύκλων Calvin. Έχουν διαφορετικούς μηχανισμούς για την καταπολέμηση της φωτοαναπνοής. Τα φυτά C3 δεν έχουν ειδικά χαρακτηριστικά για την καταπολέμηση της φωτοαναπνοής, ενώ τα φυτά C4 ελαχιστοποιούν τη φωτοαναπνοή εκτελώντας σταθεροποίηση διοξειδίου του άνθρακα και κύκλο Calvin σε ξεχωριστά κύτταρα. Τα φυτά CAM, από την άλλη πλευρά, ελαχιστοποιούν τη φωτοαναπνοή εκτελώντας σταθεροποίηση διοξειδίου του άνθρακα και κύκλο Calvin σε ξεχωριστούς χρόνους.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Τι είναι η Φωτοσύνθεση
– Ορισμός, Αντίδραση φωτός, Σκοτεινή Αντίδραση
2. Τι είναι η φωτοσύνθεση C3
– Ορισμός, Σκοτεινή αντίδραση, Σημασία
3. Τι είναι η φωτοσύνθεση C4
– Ορισμός, Σκοτεινή αντίδραση, Σημασία
4. Τι είναι η φωτοσύνθεση CAM
– Ορισμός, Σκοτεινή αντίδραση, Σημασία
5. Ποιες είναι οι ομοιότητες μεταξύ της φωτοσύνθεσης C3 C4 και CAM
– Περίληψη κοινών χαρακτηριστικών
6. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της φωτοσύνθεσης C3 C4 και CAM
– Σύγκριση βασικών διαφορών

Βασικοί όροι

Φωτοσύνθεση CAM, Κύκλος Calvin, Φωτοσύνθεση C3, Φωτοσύνθεση C4, Φωτοαναπνοή

Τι είναι η φωτοσύνθεση

Η φωτοσύνθεση είναι η κυτταρική διαδικασία στα πράσινα φυτά που είναι υπεύθυνη για τη δέσμευση της φωτεινής ενέργειας από το ηλιακό φως προκειμένου να συντεθούν απλοί υδατάνθρακες με τη χρήση διοξειδίου του άνθρακα και νερού της ατμόσφαιρας. Είναι μια διαδικασία που συμβαίνει στους χλωροπλάστες.

Εικόνα 1:Φωτοσύνθεση

Επιπλέον, η φωτοσύνθεση προχωρά μέσω δύο βημάτων:αντίδραση φωτός και σκοτεινή αντίδραση. Συνήθως, στην αντίδραση φωτός, οι χλωροφύλλες απορροφούν ενέργεια από το ηλιακό φως και συνθέτουν δύο τύπους πλούσιων σε ενέργεια μορίων:το ATP και το συνένζυμο, NADPH2. Αντίθετα, στη σκοτεινή αντίδραση, αυτά τα δύο πλούσια σε ενέργεια μόρια χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση υδατανθράκων με τη στερέωση του διοξειδίου του άνθρακα. Επιπλέον, υπάρχουν τρεις τύποι σκοτεινών αντιδράσεων που συμβαίνουν στα φυτά ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Είναι η φωτοσύνθεση C3, C4 και CAM.

Τι είναι η φωτοσύνθεση C3

Η φωτοσύνθεση C3 είναι ο κύριος τύπος φωτοσύνθεσης που λαμβάνει χώρα σε κάθε φωτοσυνθετικό φυτό. Γενικά, υφίσταται τον τυπικό μηχανισμό του κύκλου Calvin, μετά την αντίδραση του φωτός. Επομένως, το πρώτο βήμα του κύκλου Calvin είναι η δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα στη φωτοσύνθεση του C3. Εδώ, το διοξείδιο του άνθρακα στερεώνεται σε 1,5-διφωσφορική ριβουλόζη, σχηματίζοντας μια ασταθή ένωση έξι άνθρακα, η οποία στη συνέχεια υδρολύεται στην ένωση τριών άνθρακα, 3-φωσφογλυκερικό. Εδώ, το πρώτο σταθερό προϊόν της φωτοσύνθεσης C3 είναι μια ένωση τριών ανθράκων, εξ ου και το όνομα.

Εικόνα 2:Φωτοσύνθεση C3 – Κανονικός κύκλος Calvin

Το ένζυμο RuBisCO στη στρωματική επιφάνεια της μεμβράνης του θυλακοειδούς στον χλωροπλάστη καταλύει την παραπάνω αντίδραση. Λόγω της καταλυτικής ατέλειας του RuBisCO, αντιδρά πολύ με το μοριακό οξυγόνο σε μια διαδικασία που ονομάζεται φωτοαναπνοή. Επιπλέον, η δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα έχει ως αποτέλεσμα δύο μόρια 3-φωσφογλυκερικού. Κατά τη διάρκεια του δεύτερου βήματος, ένα μόριο 3-φωσφογλυκερικού υφίσταται αναγωγή για να σχηματίσει τρεις τύπους φωσφορικών εξόζης:6-φωσφορική φρουκτόζη, 6-φωσφορική γλυκόζη και 1-φωσφορική γλυκόζη. Επίσης, το υπόλοιπο 3-φωσφογλυκερικό ανακυκλώνεται, σχηματίζοντας ριβουλόζη 1, 5-διφωσφορική.

Τι είναι η φωτοσύνθεση C4

Η φωτοσύνθεση C4 είναι μια άλλη μορφή φωτοσύνθεσης που εμφανίζεται κυρίως σε τροπικά φυτά. Τυπικά, οι πόροι της στοματικής ανταλλαγής αερίων παραμένουν κλειστοί το μεγαλύτερο μέρος της ημέρας σε αυτά τα φυτά προκειμένου να μειωθεί η υπερβολική απώλεια υγρασίας σε ξηρές και ζεστές συνθήκες. Ως εκ τούτου, η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα μέσα στα φύλλα των φυτών δεν επαρκεί για την εξέλιξη του κύκλου C3, ο οποίος με τη σειρά του ενισχύει τη φωτοαναπνοή, μειώνοντας την αποτελεσματικότητα της φωτοσύνθεσης. Έτσι, προκειμένου να αυξηθεί η απόδοση σε ξηρές και ζεστές συνθήκες, αυτά τα φυτά πραγματοποιούν φωτοσύνθεση C4.

Εικόνα 3:Φωτοσύνθεση C4 – Σκοτεινή αντίδραση

Επιπλέον, η ανατομία του Kranz περιγράφει τη δομή του φύλλου των φυτών C4. Βασικά, δύο τύποι κυττάρων υπάρχουν στο φύλλο του φυτού C4. Είναι κύτταρα μεσοφύλλης και κύτταρα δέσμης θηκών. Κύτταρα δέσμης περιβλήματος περιβάλλουν τον αγγειακό ιστό. Στα κύτταρα της μεσόφυλλης, η φωσφοενολοπυρουβική αντιδρά με το διοξείδιο του άνθρακα, σχηματίζοντας οξαλοξικό, το οποίο είναι μια ένωση τεσσάρων ατόμων άνθρακα. Εδώ, η φωσφοενολοπυρουβική καρβοξυλάση είναι το ένζυμο που καταλύει τη σταθεροποίηση του διοξειδίου του άνθρακα. Ωστόσο, δεν είναι ευαίσθητο στο οξυγόνο. Ως εκ τούτου, η φωτοαναπνοή ελαχιστοποιείται σε σχέση με τη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα από το rubisco. Μετά από αυτό, το οξαλοξικό ανάγεται σε μηλικό, το οποίο στη συνέχεια μεταφέρεται σε κύτταρα θηκών δέσμης. Στα κύτταρα του περιβλήματος της δέσμης, το μηλικό υφίσταται αποκαρβοξυλίωση αφαιρώντας το διοξείδιο του άνθρακα και εισέρχεται στον κύκλο C3.

Τι είναι η φωτοσύνθεση CAM

Η φωτοσύνθεση CAM είναι η τρίτη μορφή φωτοσύνθεσης που συμβαίνει σε φυτά σε ημίξηρες συνθήκες. Συνήθως, το νερό είναι ένας από τους δύο παράγοντες που απαιτούνται για τη φωτοσύνθεση, ενώ ο δεύτερος είναι το διοξείδιο του άνθρακα. Ωστόσο, η απώλεια νερού αυτών των φυτών είναι μεγάλη. Ως εκ τούτου, αποθηκεύουν πολύ νερό μέσα στο φυτό και γίνονται παχύρρευστα. Επίσης, διαθέτουν επίστρωση κεριού για μείωση της εξάτμισης. Γενικά, τα παχύφυτα όπως οι κάκτοι, ο νεφρίτης, οι ορχιδέες και η αγαύη είναι τα ημίξηρα φυτά.

Εικόνα 4:Φωτοσύνθεση CAM - Σκοτεινή αντίδραση

Επιπλέον, αυτά τα φυτά διατηρούν κλειστά τα στόματά τους κατά τη διάρκεια της ημέρας. Αντίθετα, ανοίγουν τη νύχτα και παίρνουν διοξείδιο του άνθρακα τη νύχτα. Στη συνέχεια, αυτό το διοξείδιο του άνθρακα στερεώνεται σε φωσφοενολοπυρουβικό, σχηματίζοντας οξαλοξικό με φωτοσύνθεση C4. Στη συνέχεια, αυτό το οξαλοξικό μετατρέπεται σε μηλικό και αποθηκεύεται μέχρι να επιστρέψει το φως της ημέρας. Μετά από αυτό, το μηλικό μετακινείται στα κύτταρα μεσοφύλλης προκειμένου να υποβληθεί στον κανονικό κύκλο Calvin.

Ομοιότητες μεταξύ C3 C4 και CAM Photosynthesis

Η φωτοσύνθεση C3, C4 και CAM είναι τρεις τύποι φωτοσυνθετικών διεργασιών που συμβαίνουν στα φυτά.
Γενικά, η φωτοσύνθεση είναι η κυτταρική διαδικασία το φυτό που είναι υπεύθυνο για τη δέσμευση ενέργειας από το ηλιακό φως προκειμένου να συνθέσει μικρές οργανικές ενώσεις όπως η γλυκόζη από το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό.
Τόσο η αντίδραση φωτός όσο και ο κύκλος Calvin συμβαίνουν παρόμοια σε κάθε τύπο φωτοσύνθεσης. Ωστόσο, διαφέρουν ως προς τη μέθοδο στερέωσης του άνθρακα.

Διαφορά μεταξύ C3 C4 και CAM Photosynthesis

Ορισμός

Η φωτοσύνθεση C3 αναφέρεται σε έναν κύριο τύπο φωτοσύνθεσης που παράγει μια ένωση τριών ανθράκων μέσω του κύκλου Calvin ενώ η φωτοσύνθεση C4 αναφέρεται σε έναν τύπο φωτοσύνθεσης που παράγει μια ενδιάμεση ένωση τεσσάρων ανθράκων , η οποία διασπάστηκε σε μια ένωση τριών άνθρακα για τον κύκλο του Calvin. Αντίθετα, η φωτοσύνθεση CAM αναφέρεται σε έναν άλλο τύπο φωτοσύνθεσης, που συγκεντρώνει το ηλιακό φως κατά τη διάρκεια της ημέρας και σταθεροποιεί το διοξείδιο του άνθρακα τη νύχτα.

Εμφάνιση

Η πλειονότητα των φυτών υφίσταται φωτοσύνθεση C3. Η φωτοσύνθεση C4 λαμβάνει χώρα στο 3% περίπου των αγγειακών φυτών, συμπεριλαμβανομένων των καβουριών, του ζαχαροκάλαμου, του καλαμποκιού κ.λπ., ενώ η φωτοσύνθεση CAM συμβαίνει σε φυτά προσαρμοσμένα σε ξηρά περιβάλλοντα, συμπεριλαμβανομένων των κάκτων και των ανανάδων.

Κελιά που εμπλέκονται σε

Η φωτοσύνθεση C3 λαμβάνει χώρα μόνο σε κύτταρα μεσόφυλλων και η φωτοσύνθεση C4 λαμβάνει χώρα σε κύτταρα μεσοφύλλης και κύτταρα δέσμης θηκών ενώ η φωτοσύνθεση CAM λαμβάνει χώρα στις μεσόφυλλες.

Πρώτο σταθερό προϊόν

3-Φωσφογλυκερικό (3-PGA) είναι η πρώτη σταθερή ένωση που παράγεται στη φωτοσύνθεση C3, το οξαλοξικό (OAA) είναι η πρώτη σταθερή ένωση που παράγεται στη φωτοσύνθεση C4 ενώ τα φυτά CAM παράγουν 3 -φωσφογλυκερικό (3-PGA) την ημέρα και οξαλοξικό (OAA) τη νύχτα.

Απαιτήσεις για τη σκοτεινή αντίδραση

Επιπλέον, τα φυτά C3 απαιτούν 12 NADPH και 18 ATP για τη σκοτεινή αντίδραση, τα φυτά C4 απαιτούν 12 NADPH και 30 ATP για τη σκοτεινή αντίδραση ενώ τα φυτά CAM απαιτούν 12 NADPH και 39 ATP για τη σκοτεινή αντίδραση.

Βέλτιστη θερμοκρασία

Η βέλτιστη θερμοκρασία για τη φωτοσύνθεση C3 είναι 15-25 °C και η βέλτιστη θερμοκρασία για τη φωτοσύνθεση C4 είναι 30-40 °C ενώ η βέλτιστη θερμοκρασία για τη φωτοσύνθεση CAM είναι> 40 °C.

Άνοιγμα στομάτων κατά τη διάρκεια της ημέρας

Τα στομία παραμένουν ανοιχτά κατά τη διάρκεια της ημέρας στη φωτοσύνθεση C3 και C4 ενώ τα στομία παραμένουν κλειστά κατά τη διάρκεια της νύχτας.

Ένζυμο καρβοξυλίωσης

Η καρβοξυλάση RuBP είναι το ένζυμο καρβοξυλίωσης στη φωτοσύνθεση του C3, η καρβοξυλάση PEP είναι το ένζυμο στη μεσόφυλλη και η καρβοξυλάση RuBP είναι το ένζυμο σε κύτταρα δέσμης περιβλήματος στη φωτοσύνθεση C4 ενώ η καρβοξυλάση PEP είναι η ένζυμο ενεργό στο σκοτάδι και η καρβοξυλάση RuBP είναι το ενεργό ένζυμο κατά τη διάρκεια της ημέρας στη φωτοσύνθεση CAM.

Αρχικός αποδέκτης διοξειδίου του άνθρακα

Η 1,5-διφωσφορική ριβουλόζη (RuBP) είναι ο αρχικός δέκτης διοξειδίου του άνθρακα στη φωτοσύνθεση C3, η φωσφοενολοπυροσταφυλική (PEP) είναι ο αρχικός δέκτης διοξειδίου του άνθρακα τόσο στη φωτοσύνθεση C4 όσο και στη CAM φωτοσύνθεση.

Ανατομία φύλλων

Η ανατομία των φύλλων είναι τυπική στη φωτοσύνθεση C3. Η ανατομία Kranz είναι παρούσα στη φωτοσύνθεση C4 ενώ η ανατομία των φύλλων είναι ξερόμορφη στη φωτοσύνθεση CAM.

Φωτοαναπνοή

Επιπλέον, τα φυτά C3 δεν έχουν ειδικά χαρακτηριστικά για την καταπολέμηση της φωτοαναπνοής και τα φυτά C4 ελαχιστοποιούν τη φωτοαναπνοή εκτελώντας σταθεροποίηση διοξειδίου του άνθρακα και κύκλο Calvin σε ξεχωριστά κύτταρα, ενώ τα φυτά CAM ελαχιστοποιούν τη φωτοαναπνοή εκτελώντας άνθρακα σταθεροποίηση διοξειδίου και κύκλος Calvin σε ξεχωριστούς χρόνους.

Συμπέρασμα

Η φωτοσύνθεση C3 είναι η κύρια μορφή φωτοσύνθεσης που παράγει μια ένωση τριών ανθράκων στον κύκλο του Calvin. Γενικά, εμφανίζεται σε όλα τα φωτοσυνθετικά φυτά. Ωστόσο, η φωτοαναπνοή συμβαίνει σε φυτά C3 σε υψηλότερους ρυθμούς. Αντίθετα, η φωτοσύνθεση C4 είναι ένας τύπος φωτοσύνθεσης που συμβαίνει σε τροπικά φυτά. Επίσης, παράγει μια ενδιάμεση ένωση τεσσάρων άνθρακα, η οποία διασπάται σε μια ένωση τριών άνθρακα για τον κύκλο Calvin. Ελαχιστοποιεί τη φωτοαναπνοή καθώς εκτελεί τη σταθεροποίηση του άνθρακα και τον κύκλο Calvin σε ξεχωριστά κύτταρα. Από την άλλη πλευρά, η φωτοσύνθεση CAM είναι ένας άλλος τύπος φωτοσύνθεσης, που συμβαίνει σε ημίξηρες συνθήκες. Εδώ, η σταθεροποίηση του διοξειδίου του άνθρακα συμβαίνει τη νύχτα. Επιπλέον, ελαχιστοποιεί τη φωτοαναπνοή εκτελώντας σταθεροποίηση διοξειδίου του άνθρακα και κύκλο Calvin σε ξεχωριστούς χρόνους. Επομένως, η κύρια διαφορά μεταξύ της φωτοσύνθεσης C3, C4 και CAM είναι η διαφορά στη στερέωση του άνθρακα, την εμφάνιση και τις μεθόδους ελαχιστοποίησης της φωτοαναπνοής.

Αναφορές:

1. Κορνέλ, Μπρεντ. "Φυτά C3, C4 και CAM." BioNinja , Διαθέσιμο εδώ.

Εικόνα Ευγενική προσφορά:

1. «Απλή επισκόπηση φωτοσύνθεσης» Από τον Daniel Mayer (mav) – Δική δουλειά (CC BY-SA 4.0) μέσω Commons Wikimedia
2. "Calvin-cycle4" Από τον Mike Jones – Δικό έργο (CC BY-SA 3.0) μέσω Commons Wikimedia
3. "HatchSlackpathway2" Από το HatchSlackpathway.svg (CC BY-SA 2.5) μέσω του Commons Wikimedia
4. "CAM" Από Το αρχικό πρόγραμμα αποστολής ήταν το Crenim στην αγγλική Wikipedia. (CC BY-SA 3.0) μέσω του Commons Wikimedia