Anglies dioksido įsisavinimas iš saulės šviesos fotosintezės procesui ir vėliau pavertimas gliukozės (energijos) sintetinimu skirtingiems produktams yra pagrindinis skirtumas tarp šių trijų. Taigi, CO2 fiksavimo metu, kai fotosintetiniai augalai gamina 3-fosfoglicerino rūgštį (PGA) arba 3-anglies rūgštį, nes pirmasis produktas vadinamas C3 keliu .
Bet kai fotosintetinis augalas prieš eidamas C3 keliu, gamina oksaloacto rūgšties (OAA) arba 4 anglies junginį, nes pirmasis stabilus produktas yra vadinamas C4 arba Hatch and Slack keliu . Bet kai augalai dienos metu sugeria saulės šviesos energiją ir naudoja šią energiją įsisavinti ar fiksuoti anglies dioksidą nakties metu, tai vadinama vėžių rūgšties metabolizmu arba CAM .
Šios procedūros laikosi augalų, tam tikrų rūšių bakterijų ir dumblių energijos gamybai, nepriklausomai nuo jų buveinių. Energijos sintezė, naudojant pirminį anglies dioksido ir vandens šaltinį maistinėms medžiagoms iš oro ir vandens gauti, vadinama fotosinteze. Tai yra pagrindinis būdas gyvai būtybei, kuri gamina maistą patys
Šiame turinyje mes svarstysime esminį skirtumą tarp trijų tipų kelių, kuriais seka augalai, ir kelių mikroorganizmų, ir pateikiame nedidelį jų aprašą.
Palyginimo diagrama
| Palyginimo pagrindas | C3 kelias | C4 kelias | KUMŠTELIS |
|---|---|---|---|
| Apibrėžimas | Tokie augalai, kurių pirmasis produktas po anglies įsisavinimo iš saulės spindulių yra 3 anglies molekulė arba 3-fosfoglicerino rūgštis. energijos gamyba vadinama C3 augalais, o kelias vadinamas C3 keliu. Dažniausiai tai naudoja augalai. | Augalai atogrąžų zonoje saulės šviesos energiją paverčia C4 anglies molekulėmis arba oksaloaceto rūgštimis, kurios vyksta prieš C3 ciklą. ir tada jis toliau virsta energija, vadinamas C4 augalais, o kelias vadinamas C4 keliu. Tai yra efektyvesnis nei C3 kelias. | Augalai, kaupiantys saulės energiją ir paverčiantys ją energija naktį, seka CAM arba vėžio rūgštimi medžiagų apykaita. |
| Dalyvauja ląstelės | Mezofilo ląstelės. | Mezofilo ląstelės, pluošto apvalkalo ląstelės. | Tiek C3, tiek C4 yra tose pačiose mezofilo ląstelėse. |
| Pavyzdys | Saulėgrąžos, špinatai, pupelės, ryžiai, medvilnė. | Cukranendrės, sorgai ir kukurūzai. | Kaktusai, orchidėjos. |
| Galima pamatyti | Visi fotosintetiniai augalai. | Atogrąžų augaluose | Pusiau sausa liga. |
| Augalų, naudojančių šį ciklą, tipai | Mezofitinis, hidrofitinis, kserofitinis. | Mezofitinis. | Kserofitinis. |
| Fotorespiracija | Pristatymas didelis. | Nėra lengvai aptinkamas. | Aptikta po pietų. |
| Gliukozės gamybai | Reikia 12 NADPH ir 18 ATP. | Reikia 12 NADPH ir 30 ATP. | Reikia 12 NADPH ir 39 ATP. |
| Pirmasis stabilus produktas | 3-fosfogliceratas (3-PGA). | Oksaloacetatas (OAA). | Oksaloacetatas (OAA) naktį, 3 PGA dieną. |
| Operatyvus Kalvino ciklas | Vienišas. | Kartu su Hatch and Slack ciklu. | C3 ir Hatch and Slack ciklas. |
| Optimali temperatūra fotosintezei | 15-25 ° C | 30–40 ° C | > 40 laipsnių ° C |
| Karboksilinantis fermentas | RuBP karboksilazė. | Mezofilyje: PEP karboksilazė. Rinkinyje: RuBP karboksilazė. | Tamsoje: PEP karboksilazė. Šviesoje: RUBP karboksilazė. |
| CO2: ATP: NADPH2 santykis | 1: 3: 2 | 1: 5: 2 | 1: 6, 5: 2 |
| Pradinis CO2 priimtojas | Ribuliozės-1, 5-bifosfatas (RuBP). | Fosfenolpiruvatas (PEP). | Fosfenolpiruvatas (PEP). |
| Kranzo anatomija | Nėra. | Pateikti. | Nėra. |
| CO2 kompensavimo taškas (ppm) | 30–70. | 6-10. | 0–5 tamsoje. |
C3 kelio arba Kalvino ciklo apibrėžimas.
C3 augalai yra žinomi kaip šalto sezono arba vidutinio klimato augalai . Jie geriausiai auga esant optimaliai temperatūrai nuo 65 iki 75 ° F, o dirvožemio temperatūra yra tinkama 40–45 ° F. Šios rūšies augalai pasižymi dideliu efektyvumu aukštoje temperatūroje .
Pagrindinis C3 augalų produktas yra 3-anglies rūgštis arba 3-fosfoglicerinė rūgštis (PGA) . Tai laikoma pirmuoju produktu, fiksuojančiu anglies dioksidą. C3 kelias baigiamas trimis etapais: karboksilinimas, redukcija ir regeneracija.
C3 augalai tiesiogiai į chloroplastą patenka į CO2. Padedant ribuliozės bifosfato karboksilazei (RuBPcase), gaunamos dvi 3 anglies rūgšties arba 3-fosfoglicerino rūgšties molekulės. Šis 3-fosfoglicerikas pagrindžia kelio pavadinimą kaip C3.
Kitame etape NADPH ir ATP fosforiluojasi, kad gautų 3-PGA ir gliukozę. Ir tada ciklas vėl prasideda atnaujinant RuBP.
C3 kelias yra vieno žingsnio procesas, vyksta chloroplaste. Šis organelis veikia kaip saulės šviesos energijos kaupiklis. 85 procentai visų žemėje esančių augalų naudoja šį kelią energijos gamybai.
C3 augalai gali būti daugiamečiai arba vienmečiai. Jie yra labai baltymingi nei C4 augalai. Vienmečių C3 augalų pavyzdžiai yra kviečiai, avižos ir rugiai, o daugiamečių augalų augalams naudojamos šakelės, agrastai ir vaismedžių žolės. C3 augalai suteikia didesnį baltymų kiekį nei C4 augalai.
C4 kelio arba „Hatch and Slack“ kelio apibrėžimas.
Augalai, ypač atogrąžų regione, seka šiuo keliu. Prieš Kalvino ar C3 ciklą, kai kurie augalai seka C4 arba „Hatch and Slack“ keliu. Tai yra dviejų etapų procesas, kurio metu gaunama oksaloacto rūgštis (OAA), kuri yra 4 anglies junginys . Jis atsiranda mezofilo ir pluošto apvalkalo ląstelėse, esančiose chloroplastuose.
Kai susidaro 4 anglies junginys, jis siunčiamas į pluošto apvalkalo kamerą, čia 4 anglies molekulė toliau suskaidoma į anglies dioksidą ir 3-kajutinį junginį. Galų gale C3 kelias pradeda gaminti energiją, kur pirmtakas yra 3 anglies junginys.
C4 augalai taip pat žinomi kaip šiltojo sezono arba atogrąžų augalai . Tai gali būti daugiamečiai ar vienmečiai augalai. Puiki šių augalų augimo temperatūra yra 90–95 ° F. C4 augalai daug efektyviau naudoja azotą ir renka anglies dioksidą iš dirvožemio ir atmosferos. Baltymų, palyginti su C3 augalais, kiekis yra mažas.
Šie augalai gavo savo pavadinimą iš produkto, vadinamo oksaloacetatu, kuris yra 4 anglies rūgštis. Daugiamečių C4 augalų pavyzdžiai yra Indijos žolė, Bermudagrass, sėjamoji žolė, didžioji melsvažolė, o vienmečių C4 augalų pavyzdžiai yra sudančios žolės, kukurūzai, perlinės soros.
CAM augalų apibrėžimas
Pabrėžtina pastaba, išskirianti šį procesą iš dviejų aukščiau paminėtų, yra tai, kad tokio tipo fotosintezės metu organizmas dienos metu sugeria saulės spindulių energiją ir naktį naudoja šią energiją anglies dioksido įsisavinimui.
Tai savotiškas prisitaikymas periodinės sausros metu. Šis procesas leidžia keistis dujomis naktį, kai oro temperatūra yra vėsesnė, o prarandami vandens garai.
Maždaug 10% kraujagyslių augalų pritaikė CAM fotosintezę, tačiau daugiausia jų randama augaluose, užaugintuose sausringoje srityje. Tokie augalai kaip kaktusas ir euforija yra pavyzdžiai. Net orchidėjos ir bromeliados pritaikė šį kelią dėl netaisyklingo vandens tiekimo.
Dienos metu malatas dekarboksilinamas, kad susidarytų CO2 Bensono-Kalvino ciklo fiksavimui uždarame stomate. Pagrindinis CAM augalų bruožas yra CO2 įsisavinimas naktį į obuolių rūgštį, laikomą vakuolėje. PEP karboksilazė vaidina pagrindinį vaidmenį gaminant malatą.
Pagrindiniai C3, C4 ir CAM augalų skirtumai.
Aukščiau aptarsime šių skirtingų tipų energijos gavimo tvarką, toliau aptarsime pagrindinius skirtumus tarp trijų:
- C3 keliu arba C3 augalus galima apibūdinti kaip tokius augalų augalus, kurių pirmasis produktas po anglies įsisavinimo iš saulės spindulių yra 3 anglies molekulė arba 3-fosfoglicerino rūgštis energijai gaminti. Jį dažniausiai naudoja augalai; Nors augalai, esantys atogrąžų zonoje, saulės šviesos energiją paverčia C4 anglies molekulėmis arba oksaloacto rūgštimi, šis ciklas vyksta prieš C3 ciklą, o fermentų pagalba jis tęsia tolesnį maistinių medžiagų gavimą, yra vadinamas C4 augalais, o jo kelias vadinamas kaip C4 kelias. Šis kelias yra efektyvesnis nei C3. Kita vertus, augalai, kurie dienos metu kaupia saulės energiją ir naktį ją paverčia energija, vykdo CAM arba crassulacean rūgšties metabolizmą .
- Ląstelės, dalyvaujančios C3 kelyje, yra mezofilo ląstelės, o C4 kelyje - mezofilo ląstelės, pluošto apvalkalo ląstelės, tačiau CAM seka tiek C3, tiek C4 tose pačiose mezofilo ląstelėse.
- C3 pavyzdys yra saulėgrąžos, špinatai, pupelės, ryžiai, medvilnė, o C4 augalų pavyzdžiai yra cukranendrės, sorgai ir kukurūzai, o kaktusai, orchidėjos yra CAM augalų pavyzdžiai.
- C3 galima pastebėti visuose fotosintetiniuose augaluose, tuo tarpu C4 seka atogrąžų augalai, o CAM - pusiau sausos būklės augalai.
- Augalų, naudojančių C3 ciklą, tipai yra mezofitiniai, hidrofitiniai, kserofitiniai, tačiau mezofitiniuose augaluose sekama C4, o Xerophytic - CAM.
- Didesnio greičio yra fotorespiracija, tuo tarpu C4 ir CAM nėra lengvai aptinkama.
- 12 NADPH ir 18 ATP C3 cikle; Gliukozei gaminti reikia 12 NADPH ir 30 ATP C4 ir 12 NADPH ir 39 ATP .
- 3-fosfogliceratas (3-PGA) yra pirmasis stabilus C3 kelio produktas; Oksaloacetatas (OAA) C4 keliui ir oksaloacetatas (OAA) naktį, 3 PGA dienos metu CAM.
- Optimali fotosintezės temperatūra C3 yra 15–25 ° C; 30–40 ° C C4 augaluose ir> 40 ° C CAM augaluose
- Karboksilinantis fermentas yra RuBP karboksilazė C3 augaluose, tačiau C4 augaluose tai yra PEP karboksilazė (mezofilyje) ir RuBP karboksilazė (ryšulio apvalkale), o CAM - PEP karboksilazė (tamsoje) ir RuBP karboksilazė (šviesoje).
- CO2: ATP: NADPH2 santykis 1: 3: 2 C3, 1: 5: 2 C4 ir 1: 6, 5: 2 CAM.
- Pradinis CO2 priimtojas yra Ribuliozė-1, 5-bifosfatas (RuBP) C3 kelyje ir fosfoenolpiruvaatas (PEP) C4 ir CAM.
- Kranz anatomija yra tik C4 kelyje, jos nėra C3 ir CAM augaluose.
- C3 gamykloje CO2 kompensavimo taškas (ppm) yra 30–70; 6–10 C4 augaluose ir 0–5 tamsoje CAM.
Išvada
Visi žinome, kad augalai gamina maistą fotosintezės metu. Jie paverčia atmosferos anglies dioksidą į augalinį maistą ar energiją (gliukozę). Augalams augant skirtingose buveinėse, jų atmosferos ir klimato sąlygos skiriasi; jie skiriasi energijos įgijimo procese.
Kaip ir C4 bei CAM keliai, šios dvi adaptacijos atsirado dėl natūralios atrankos, siekiant išgyventi aukštos temperatūros ir sausringo regiono augalus. Taigi galime pasakyti, kad tai yra trys atskiri biocheminiai metodai, skirti augalams gauti energiją, o C3 yra labiausiai paplitęs tarp jų.
