Hiilidioksidin omaksuminen auringonvalosta fotosynteesiprosessissa ja sen muuntamiseksi sitten glukoosia (energiaa) syntetisoiviksi eri tuotteiksi on keskeinen ero näiden kolmen välillä. Joten CO2-kiinnityksen aikana, kun fotosynteettiset kasvit tuottavat 3-fosfoglyseriinihappoa (PGA) tai 3-hiilihappoa ensimmäisenä tuotteena, kutsutaan C3-reitiksi .
Mutta kun fotosynteettinen kasvi tuottaa ennen C3-reittiä menemistä, oksaloetikkahappoa (OAA) tai 4-hiiliyhdistettä, koska niiden ensimmäistä vakaata tuotetta kutsutaan C4- tai Hatch and Slack -reitiksi . Mutta kun kasvit absorboivat auringonvalon energiaa päivällä ja käyttävät tätä energiaa assimilointiin tai hiilidioksidin kiinnittämiseen yöaikaan, sitä kutsutaan crassulacean happojen metaboliaksi tai CAM: ksi .
Näitä menetelmiä seuraavat kasvit, tietyt bakteeri- ja levälajit energian tuottamiseksi, riippumatta niiden elinympäristöstä. Energian synteesiä, jossa hiilidioksidia ja vettä käytetään ensisijaisena lähteenä ravinteiden saamiseksi ilmasta ja vedestä, kutsutaan fotosynteesiksi. Tämä on tärkein prosessi elävälle olennolle, joka tuottaa ruokaa itse
Tässä sisällössä tarkastelemme olennaista eroa kolmen tyyppisten reittien välillä, joita seuraa kasvit ja muutama mikro-organismi, ja pienen kuvauksen niistä.
Vertailutaulukko
| Vertailun perusteet | C3-reitti | C4-reitti | CAM |
|---|---|---|---|
| Määritelmä | Sellaiset kasvit, joiden ensimmäinen tuote hiilen assimiloinnin jälkeen auringonvalosta on 3-hiilimolekyyli tai 3-fosfoglyseriinihappo energian tuotantoa kutsutaan C3-kasveiksi ja polkua kutsutaan C3-kasveksi. Sitä käytetään yleisimmin kasveissa. | Trooppisen alueen kasvit muuntavat auringonvalon energian C4-hiilimolekyyliksi tai oksaloasetamsihapoksi, mikä tapahtuu ennen C3-sykliä ja sitten se muuttuu edelleen energiaksi, kutsutaan C4-kasveiksi ja polkua kutsutaan C4-poluksi. Tämä on tehokkaampaa kuin C3-reitti. | Kasvit, jotka varastoivat auringon energiaa ja muuntavat sen energiaksi yön aikana, seuraavat CAM: n tai crassulacean happoa aineenvaihduntaa. |
| Solut mukana | Mesofyllisolut. | Mesofyllisolu, kimppuvaipan solut. | Sekä C3 että C4 samoissa mesofyllisoluissa. |
| esimerkki | Auringonkukka, pinaatti, pavut, riisi, puuvilla. | Sokeriruoko, durra ja maissi. | Kaktus, orkideat. |
| Voidaan nähdä sisään | Kaikki fotosynteettiset kasvit. | Trooppisissa kasveissa | Puolikuiva tila. |
| Tyypit kasvit, jotka käyttävät tätä jaksoa | Mesofyyttinen, hydrofyyttinen, kserofyyttinen. | Mesophytic. | Xerophytic. |
| Photorespiration | Läsnä korkealla korolla. | Ei helposti havaittavissa. | Havaittavissa iltapäivällä. |
| Glukoosin tuotantoon | 12 NADPH ja 18 ATP tarvitaan. | Vaaditaan 12 NADPH ja 30 ATP. | 12 NADPH ja 39 ATP vaaditaan. |
| Ensimmäinen vakaa tuote | 3-fosfoglyseraatti (3-PGA). | Oksaloasetaatti (OAA). | Oksaloasetaatti (OAA) yöllä, 3 PGA päivällä. |
| Calvin-sykli toimii | Yksin. | Yhdessä Hatch and Slack -syklin kanssa. | C3 ja Hatch and Slack -sykli. |
| Optimaalinen lämpötila fotosynteesille | 15 - 25 ° C | 30 - 40 ° C | > 40 astetta ° C |
| Karboksyloiva entsyymi | RuBP-karboksylaasi. | Mesofyllissä: PEP-karboksylaasi. Nippuvaipana: RuBP-karboksylaasi. | Pimeässä: PEP-karboksylaasi. Valossa: RUBP-karboksylaasi. |
| CO2: ATP: NADPH2-suhde | 1: 3: 2 | 1: 5: 2 | 1: 6, 5: 2 |
| Alkuperäinen CO2-vastaanottaja | Ribuloosi-1, 5-biphophate (RUBP). | Fosfoenolipyruvaatti (PEP). | Fosfoenolipyruvaatti (PEP). |
| Kranzin anatomia | Poissa. | Esittää. | Poissa. |
| CO2-kompensointipiste (ppm) | 30-70. | 6-10. | 0-5 pimeässä. |
C3-reitin tai Calvin-syklin määritelmä.
C3-kasveja kutsutaan viileän vuodenajan tai lauhkean kasveiksi . Ne kasvavat parhaiten optimaalisessa lämpötilassa välillä 65 - 75 ° F maaperän lämpötilan ollessa sopiva 40 - 45 ° F: seen. Tämäntyyppiset kasvit osoittavat tehokkuutta korkeassa lämpötilassa .
C3-kasvien päätuote on 3-hiilihappo tai 3-fosfoglyseriinihappo (PGA) . Tätä pidetään ensimmäisenä tuotteena hiilidioksidin kiinnityksen aikana. C3-reitti valmistuu kolmessa vaiheessa: karboksylaatio, pelkistys ja regeneraatio.
C3-kasvit pelkistävät hiilidioksidiksi suoraan kloroplastissa. Ribuloosibifosfaattikarboksylaasin (RuBPcase) avulla tuotetaan kaksi hiilihapon tai 3-fosfoglyseriinihapon molekyyliä . Tämä 3-fosfoglyseriini perustelee reitin nimen C3.
Toisessa vaiheessa NADPH ja ATP fosforyloituvat, jolloin saadaan 3-PGA ja glukoosi. Ja sitten sykli alkaa jälleen uudistamalla RuBP.
C3-reitti on yksivaiheinen prosessi, tapahtuu kloroplastissa. Tämä organeli toimii auringonvalon energian varastointina. Maapallon koko kasvista 85 prosenttia käyttää tätä reittiä energian tuotantoon.
C3-kasvit voivat olla monivuotisia tai yksivuotisia. Ne ovat erittäin proteiinipitoisia kuin C4-kasvit. Esimerkkejä vuotuisista C3-kasveista ovat vehnä, kaura ja ruis, ja perennia l -kasveihin sisältyy juhla-, ruis- ja hedelmätarho. C3-kasvit tarjoavat suuremman määrän proteiinia kuin C4-kasvit.
Määritelmä C4-reitti tai luukku- ja löysä-reitti.
Kasvit, etenkin trooppisella alueella, seuraavat tätä polkua. Ennen Calvin- tai C3-sykliä jotkut kasvit seuraavat C4- tai Hatch and Slack -reittiä. Se on kaksivaiheinen menetelmä, jossa tuotetaan 4-hiiliyhdisteenä olevaa oksaloetikkahappoa (OAA). Sitä esiintyy kloroplastissa läsnä olevassa mesofylli- ja kimppuvaipan solussa.
Kun 4-hiiliyhdistettä tuotetaan, se lähetetään kimppuvaipan kennoon, täällä 4-hiilen molekyyli jatkaa jakautumista hiilidioksidiksi ja 3-kabioniyhdisteeksi. Lopulta C3-reitti alkaa tuottaa energiaa, jossa 3-hiiliyhdiste toimii edeltäjänä.
C4-kasveja kutsutaan myös lämpiminä vuodenaikoina tai trooppisina kasveina . Ne voivat olla monivuotisia tai vuotuisia. Täydellinen kasvien lämpötila näille kasveille on 90-95 ° F. C4-kasvit käyttävät paljon tehokkaammin typpeä ja keräävät hiilidioksidia maaperästä ja ilmakehästä. Proteiinipitoisuus on alhainen verrattuna C3-kasveihin.
Nämä kasvit saivat nimensä tuotteesta, jota kutsutaan oksaloasetaatiksi, joka on 4 hiilihappoa. Esimerkkejä monivuotisista C4-kasveista ovat intialainen ruoho, Bermudagrass, vuoriruoho, iso bluestem ja vuotuiset C4-kasvit ovat sudanrohuja, maissia, helmihirssiä.
Määritelmä CAM kasveja
Huomattava huomautus, joka erottaa tämän prosessin kahdesta edellä mainitusta, on, että tämän tyyppisessä fotosynteesissä organismi absorboi auringonvalon energiaa päivällä ja käyttää tätä energiaa yöllä hiilidioksidin omaksumiseen.
Se on eräänlainen mukautuminen jaksollisen kuivuuden aikaan. Tämä prosessi sallii kaasujen vaihdon yöllä, kun ilman lämpötila on viileämpi ja vesihöyry häviää.
Noin 10% verisuonikasveista on mukauttanut CAM-fotosynteesiä, mutta niitä esiintyy pääasiassa kuivilla alueilla kasvatetuissa kasveissa. Kasvit, kuten kaktus ja euforiat, ovat esimerkkejä. Jopa orkideat ja bromeliadit mukauttivat tämän polun epäsäännöllisen vedensaannin takia.
Päivän aikana malaatti dekarboksyloituu tuottamaan CO2: ta Benson-Calvin-syklin kiinnittämiseksi suljettuun stomataan. CAM-kasvien pääpiirteenä on hiilidioksidin assimilaatio yöllä omenahapoksi, jota varastoidaan tyhjiössä. PEP-karboksylaasilla on tärkeä rooli malaatin tuotannossa.
C3-, C4- ja CAM-kasvien keskeiset erot.
Yllä on keskustelu menettelystä näiden erityyppisten energioiden saamiseksi, jäljempänä keskustelemme keskeisistä eroista kolmen välillä:
- C3-reitti- tai C3-kasveja voidaan määritellä sellaisiksi kasveiksi, joiden ensimmäinen tuote auringonvalosta tulevan hiilen assimiloinnin jälkeen on 3-hiilimolekyyli tai 3-fosfoglyseriinihappo energian tuottamiseksi. Sitä käytetään yleisimmin kasveissa; Vaikka trooppisen alueen kasvit muuttavat auringonvalon energian C4-hiilimolekyyliksi tai oksaalietikkahapoksi, tämä sykli tapahtuu ennen C3-sykliä ja sitten se suorittaa entsyymien avulla lisäprosessin ravinteiden saamiseksi, sitä kutsutaan C4-kasveiksi ja polkua kutsutaan kuin C4-reitti. Tämä reitti on tehokkaampi kuin C3-reitti. Toisaalta kasvit, jotka varastoivat auringon energiaa päivällä ja muuntavat sen sitten energiaksi yöllä, seuraavat CAM- tai crassulaseinhappoaineenvaihduntaa .
- C3-reittiin osallistuvat solut ovat mesofyllisoluja ja C4-reitin soluihin ovat mesofyllisolujen, kimppuvaipan soluja, mutta CAM seuraa sekä C3: ta että C4: ää samoissa mesofyllisoluissa.
- Esimerkki C3: sta ovat auringonkukka, pinaatti, pavut, riisi, puuvilla, kun taas esimerkki C4-kasveista on sokeriruoko, durra ja maissi, ja kaktus, orkideat ovat esimerkkejä CAM-kasveista.
- C3: ta voidaan nähdä kaikissa fotosynteettisissä kasveissa, kun taas C4: tä seuraavat trooppiset kasvit ja CAM: ta puolipuistot kasvit.
- Kasvityypit, joissa käytetään C3-sykliä, ovat mesofyyttisiä, hydrofyyttisiä, kserofyyttisiä, mutta C4: tä seuraa mesofyyttisissä kasveissa ja Xerophytic seuraa CAM: ta.
- Valohengitystä esiintyy korkeammalla nopeudella, kun taas sitä ei ole helppo havaita C4: ssä ja CAM: ssä.
- 12 NADPH ja 18 ATP: t C3-syklissä; 12 NADPH ja 30 ATP: tä C4: ssä ja 12 NADPH: ssa ja 39 ATP: tä vaaditaan glukoosin tuottamiseksi.
- 3-fosfoglyseraatti (3-PGA) on C3-reitin ensimmäinen stabiili tuote ; Oksaloasetaatti (OAA) C4-reitille ja oksaloasetaatti (OAA) yöllä, 3 PGA päivällä CAM: ssa.
- Optimaalinen lämpötila fotosynteesille C3: ssa on 15-25 ° C; 30 - 40 ° C C4-kasveissa ja> 40 ° C CAM-kasveissa
- Karboksyloiva entsyymi on RuBP-karboksylaasi C3-kasveissa, mutta C4-kasveissa se on PEP-karboksylaasia (mesofyllissä) ja RuBP-karboksylaasia (kimppuvaipana), kun taas CAM: ssa se on PEP-karboksylaasia (pimeässä) ja RuBP-karboksylaasia (valossa).
- CO2: ATP: NADPH2-suhde 1: 3: 2 C3: ssa, 1: 5: 2 C4: ssä ja 1: 6, 5: 2 CAM: ssa.
- Alkuperäinen CO2-vastaanottaja on ribuloosi-1, 5-bifosfaatti (RuBP) C3-reitillä ja fosfoenolipyruvaatti (PEP) C4: ssä ja CAM: ssä.
- Kranzin anatomiaa esiintyy vain C4-reitillä, ja sitä ei esiinny C3- ja CAM-kasveissa.
- CO2-kompensointipiste (ppm) on 30-70 C3-laitoksessa; 6-10 C4-kasveissa ja 0-5 pimeässä CAM: ssa.
johtopäätös
Me kaikki olemme tietoisia siitä, että kasvit valmistavat ruoansa fotosynteesin avulla. Ne muuntavat ilmakehän hiilidioksidin kasvi- tai energiaksi (glukoosiksi). Mutta kun kasvit kasvavat erilaisissa elinympäristöissä, niillä on erilaiset ilma- ja ilmasto-olosuhteet; ne eroavat toisistaan energian hankkimisprosessissa.
Kuten tapauksessa C4- ja CAM-reitit, nämä kaksi mukautusta syntyivät luonnollisella valinnalla korkean lämpötilan ja kuivien alueiden kasvien selviytymiseksi. Joten voimme sanoa, että nämä ovat kolme erillistä biokemiallista menetelmää, kasvit energian saamiseksi, ja C3 on yleisin niistä.
