Nøkkelforskjellen mellom C3- og C4-planter er at C3-plantene danner en trekarbonforbindelse som det første stabile produktet av den mørke reaksjonen, mens C4-plantene danner en firekarbonforbindelse som det første stabile produktet av mørk reaksjon.
Fotosyntese er en lysdrevet prosess som omdanner karbondioksid og vann til energirike sukkerarter i planter, alger og cyanobakterier. Under lysreaksjonen av fotosyntesen skjer fotolyse av vannmolekyler. Som et resultat av fotolyse av vann frigjøres oksygen som et biprodukt. Etter lysreaksjonen starter mørkereaksjonen og den syntetiserer karbohydrater ved å fikse karbondioksid. Imidlertid kan oksygen generert fra lysreaksjonen binde seg til hovedenzymet i den mørke reaksjonen som er RuBP oksygenase-karboksylase (Rubisco) og utføre fotorespirasjon. Fotorespirasjon er en prosess som sløser med energi og reduserer karbohydratsyntesen. Derfor, for å forhindre fotorespirasjon, er det tre forskjellige måter som mørk reaksjon oppstår i planter for å forhindre møtet av oksygen med Rubisco. Derfor, avhengig av måten mørk reaksjon finner sted, er det 3 typer planter; nemlig C3-anlegg, C4-anlegg og CAM-anlegg.
Hva er C3-anlegg?
Omtrent 95 % av plantene på jorden er C3-planter. Som navnet indikerer, utfører de C3-fotosyntesemekanismen som er Calvin-syklusen. C3-fotosyntesen antas å ha oppstått for nesten 3,5 milliarder år siden. Disse plantene er for det meste treaktige og runde bladplanter. Hos disse plantene skjer karbonfiksering i mesofyllcellene som er like under epidermis.
Karbondioksid kommer inn fra atmosfæren til mesofyllcellene gjennom stomata. Så starter den mørke reaksjonen. Den første reaksjonen er fiksering av karbondioksid med Ribulosebisfosfat til fosfoglyserat som er en tre-karbonforbindelse. Faktisk er det det første stabile produktet til C3-anleggene. Ribulosebisfosfatkarboksylase (Rubisco) er enzymet som katalyserer denne karboksyleringsreaksjonen i planter. På samme måte skjer Calvin-syklusen syklisk mens den produserer karbohydrater.
Figur 01: C3-anlegg
Sammenlignet med C4-planter er C3-planter ineffektive med hensyn til deres fotosyntesemekanisme. Det er på grunn av forekomsten av fotorespirasjon i C3-planter. Fotorespirasjon oppstår på grunn av oksygenaseaktiviteten til Rubisco-enzymet. Oksygenering av Rubisco virker i motsatt retning av karboksylering, fjerner effektivt fotosyntesen ved å kaste bort store mengder karbon som opprinnelig ble fikset av Calvin-syklusen med store kostnader, og resulterer i tap av karbondioksid fra cellene som fikserer karbondioksid. På samme måte forekommer interaksjon med oksygen og karbondioksid på samme sted på Rubisco. Disse konkurrerende reaksjonene går norm alt i forholdet 3:1 (karbon: oksygen). Dermed er det klart at fotorespirasjon er en lysstimulert prosess som forbruker oksygen og utvikler karbondioksid.
Hva er C4-planter?
C4-planter finnes i tørre områder med høy temperatur. Omtrent 1 % av planteartene har C4-biokjemi. Noen eksempler på C4-planter er mais og sukkerrør. Som navnet indikerer, utfører disse plantene den C4-fotosyntetiske mekanismen. C4-fotosyntesen antas å ha oppstått for nesten 12 millioner år siden; lenge etter utviklingen av C3-mekanismen. C4-anlegg kan være bedre tilpasset nå, ettersom dagens karbondioksidnivåer er mye lavere enn for 100 millioner år siden.
C4-anlegg er mye mer effektive til å fange opp karbondioksid. Videre finnes C4-fotosyntese i både enfrøbladede og tofrøbladede arter. I motsetning til C3-planter er det første stabile produktet som dannes under fotosyntesen oksaloeddiksyre, som er en firekarbonforbindelse. Det viktigste er at bladene til disse plantene viser en spesiell type anatomi k alt "Kranz Anatomy". Det er en sirkel av buntskjedeceller med kloroplaster rundt vaskulære bunter som C4-planter kan identifiseres med.
Figur 02: C4-anlegg
I denne banen skjer karbondioksidfiksering to ganger. I mesofyllcellens cytoplasma fikserer CO2 først med fosfoenolpyruvat (PEP), som fungerer som en primær akseptor. Reaksjonen katalyseres av PEP-karboksylaseenzym. Deretter konverteres PEP til malat og deretter til pyruvatfrigjørende CO2 Og denne CO2fikser seg igjen for andre gang med Ribulosebisfosfat, for å danne 2 fosfoglyserat for å utføre Calvin-syklusen.
Hva er likhetene mellom C3- og C4-planter?
- Både C3- og C4-planter fikserer karbondioksid og produserer karbohydrater.
- De utfører en mørk reaksjon.
- Også, begge typer planter utfører den samme lysreaksjonen.
- I tillegg har de kloroplaster for å utføre fotosyntese.
- Deres fotosyntetiske ligning er lik.
- RuBP involverer dessuten i mørkereaksjonen til begge typer planter.
- Begge plantene produserer fosfoglyserat.
Hva er forskjellen mellom C3- og C4-planter?
C3-planter produserer fosfoglyserinsyre som det første stabile produktet av mørkereaksjonen. Det er en tre-karbonforbindelse. På den annen side produserer C4-planter oksalo-eddiksyre som det første stabile produktet av den mørke reaksjonen. Det er en firekarbonforbindelse. Derfor er dette hovedforskjellen mellom C3- og C4-anlegg.
I tillegg er fotosynteseeffektiviteten til C3-planter mindre enn den fotosyntetiske effektiviteten til C4-planter. Det er på grunn av fotorespirasjonen sett i C3-planter som er ubetydelig i C4-planter. Dermed er det en annen forskjell mellom C3- og C4-anlegg. Når man vurderer de strukturelle forskjellene, har ikke C3-planter to typer kloroplaster og Kranz-anatomi i blader. På den annen side har C4-planter to typer kloroplaster, og de viser Kranz-anatomi i blader. Derfor er det også en forskjell mellom C3- og C4-anlegg.
I tillegg er en ytterligere forskjell mellom C3- og C4-anlegg at C3-anleggene fikserer karbondioksid bare én gang mens C4-anleggene fikserer karbondioksid to ganger. På grunn av dette faktum er C-assimilering mindre i C3-planter, mens C-assimilering er høy i C4-planter. Ikke nok med det, C4-planter kan utføre fotosyntese når stomata er lukket og under svært høye lyskonsentrasjoner og lave CO2 konsentrasjoner. C3-planter klarer imidlertid ikke å utføre fotosyntese når stomata er lukket og under svært høye lyskonsentrasjoner og lave CO2 konsentrasjoner. Derfor er dette også en betydelig forskjell mellom C3- og C4-anlegg. Videre skiller C3-planter og C4-planter seg fra den første karbondioksidakseptoren. RuBP er CO2 akseptor i C3-anlegg, mens PEP er den første CO2 akseptor i C4-anlegg.
Sammendrag – C3 vs C4 Plants
C3 og C4 er to typer planter. C3-planter er svært vanlige mens C4-planter er svært sjeldne. Hovedforskjellen mellom C3- og C4-planter avhenger av det første karbonproduktet de produserer under den mørke reaksjonen. C3-anleggene utfører Calvin-syklusen og produserer trekarbonforbindelse som det første stabile produktet, mens C4-anleggene utfører C4-mekanismen og produserer firekarbonforbindelser som det første stabile produktet. Videre viser C3-planter mindre fotosyntetisk effektivitet mens C4-planter viser høy fotosyntetisk effektivitet. Dessuten har ikke C3-planter Kranz-anatomi i bladene, og de har heller ikke to typer kloroplaster. På den annen side har C4-planter Kranz-anatomi i bladene, og de har også to typer kloroplaster. Dermed er dette sammendraget av C3- og C4-anlegg.
