تفاوت بین گیاهان C3 و C4

2024 نویسنده: Alex Aldridge | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 13:37

تفاوت اصلی بین گیاهان C3 و C4 در این است که گیاهان C3 یک ترکیب سه کربنه را به عنوان اولین محصول پایدار واکنش تاریک تشکیل می دهند در حالی که گیاهان C4 یک ترکیب چهار کربنه را به عنوان اولین محصول پایدار تشکیل می دهند. واکنش تاریک.

فتوسنتز فرآیندی مبتنی بر نور است که دی اکسید کربن و آب را به قندهای غنی از انرژی در گیاهان، جلبک ها و سیانوباکتری ها تبدیل می کند. در طی واکنش نوری فتوسنتز، فوتولیز مولکول های آب اتفاق می افتد. در نتیجه فتولیز آب، اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی آزاد می شود. پس از واکنش نور، واکنش تاریک شروع می شود و با تثبیت دی اکسید کربن، کربوهیدرات ها را سنتز می کند.با این حال، اکسیژن تولید شده از واکنش نور می تواند با آنزیم اصلی واکنش تاریک که RuBP اکسیژناز-کربوکسیلاز (روبیسکو) است، متصل شود و تنفس نوری را انجام دهد. تنفس نوری فرآیندی است که انرژی را هدر می دهد و سنتز کربوهیدرات ها را کاهش می دهد. بنابراین، برای جلوگیری از تنفس نوری، سه راه مختلف وجود دارد که واکنش تیره در گیاهان برای جلوگیری از برخورد اکسیژن با روبیسکو رخ می دهد. از این رو، بسته به نحوه انجام واکنش تاریک، 3 نوع گیاه وجود دارد. یعنی گیاهان C3، گیاهان C4 و گیاهان CAM.

C3 Plants چیست؟

حدود 95٪ از گیاهان روی زمین گیاهان C3 هستند. همانطور که از نام آن مشخص است، آنها مکانیسم فتوسنتزی C3 را انجام می دهند که چرخه کالوین است. تصور می شود که فتوسنتز C3 تقریباً 3.5 میلیارد سال پیش به وجود آمده است. این گیاهان بیشتر گیاهان خشبی و برگ گرد هستند. در این گیاهان، تثبیت کربن در سلول‌های مزوفیل که درست در زیر اپیدرم قرار دارند، انجام می‌شود.

دی اکسید کربن از طریق روزنه از اتمسفر به سلول های مزوفیل وارد می شود.سپس واکنش تاریک شروع می شود. اولین واکنش تثبیت دی اکسید کربن با ریبولوز بیس فسفات به فسفوگلیسرات است که یک ترکیب سه کربنه است. در واقع، این اولین محصول پایدار گیاهان C3 است. ریبولوز بیس فسفات کربوکسیلاز (Rubisco) آنزیمی است که این واکنش کربوکسیلاسیون را در گیاهان کاتالیز می کند. به همین ترتیب، چرخه کالوین در حین تولید کربوهیدرات به صورت چرخه ای رخ می دهد.

شکل 01: گیاهان C3

در مقایسه با گیاهان C4، گیاهان C3 از نظر مکانیسم فتوسنتزی خود ناکارآمد هستند. این به دلیل وقوع تنفس نوری در گیاهان C3 است. تنفس نوری به دلیل فعالیت اکسیژناز آنزیم روبیسکو رخ می دهد. اکسیژن‌سازی روبیسکو در جهت مخالف کربوکسیلاسیون عمل می‌کند، به طور موثری فتوسنتز را با هدر دادن مقادیر زیادی کربن که در اصل توسط چرخه کالوین ثابت شده بود با هزینه‌های گزاف خنثی می‌کند و منجر به از دست دادن دی اکسید کربن از سلول‌هایی می‌شود که دی اکسید کربن را تثبیت می‌کنند.به همین ترتیب، تعامل با اکسیژن و دی اکسید کربن در همان مکان در روبیسکو رخ می دهد. این واکنش‌های رقیب معمولاً با نسبت 3: 1 (کربن: اکسیژن) انجام می‌شوند. بنابراین، واضح است که تنفس نوری یک فرآیند تحریک‌شده با نور است که اکسیژن مصرف می‌کند و دی‌اکسید کربن را تکامل می‌دهد.

C4 Plants چیست؟

گیاهان C4 در مناطق خشک و با دمای بالا وجود دارند. تقریباً 1% از گونه های گیاهی دارای بیوشیمی C4 هستند. چند نمونه از گیاهان C4 ذرت و نیشکر هستند. همانطور که از نام آن مشخص است، این گیاهان مکانیسم فتوسنتزی C4 را انجام می دهند. تصور می شود که فتوسنتز C4 نزدیک به 12 میلیون سال پیش به وجود آمده است. مدت ها پس از تکامل مکانیسم C3. گیاهان C4 ممکن است اکنون بهتر سازگار شوند، زیرا سطح دی اکسید کربن کنونی بسیار کمتر از 100 میلیون سال پیش است.

گیاهان C4 در جذب دی اکسید کربن بسیار کارآمدتر هستند. علاوه بر این، فتوسنتز C4 در هر دو گونه تک لپه ای و دو لپه ای یافت می شود. در مقابل گیاهان C3، اولین محصول پایداری که در طول فتوسنتز تشکیل می شود، اسید اگزالواستیک است که یک ترکیب چهار کربنه است.مهمتر از همه، برگ های این گیاهان نوعی آناتومی خاص به نام "Kranz Anatomy" را نشان می دهد. دایره‌ای از سلول‌های غلاف بسته‌بندی با کلروپلاست در اطراف بسته‌های آوندی وجود دارد که بوسیله آن گیاهان C4 را می‌توان شناسایی کرد.

شکل 02: گیاهان C4

در این مسیر تثبیت دی اکسید کربن دو بار اتفاق می افتد. در سیتوپلاسم سلول مزوفیل، CO₂ ابتدا با فسفونولپیرووات (PEP)، که به عنوان پذیرنده اولیه عمل می کند، ثابت می شود. واکنش توسط آنزیم PEP کربوکسیلاز کاتالیز می شود. سپس PEP به مالات و سپس به CO₂ آزاد کننده پیرووات تبدیل می شود و این CO_{2 دوباره برای بار دوم با ریبولوز بیس فسفات ثابت می شود و به شکل ۲ فسفوگلیسرات برای انجام چرخه کالوین.}

شباهت‌های بین گیاهان C3 و C4 چیست؟

هر دو گیاه C3 و C4 دی اکسید کربن را رفع کرده و کربوهیدرات تولید می کنند.
آنها یک واکنش تاریک انجام می دهند.
همچنین، هر دو نوع گیاه واکنش نوری یکسانی را انجام می دهند.
علاوه بر این، آنها دارای کلروپلاست برای انجام فتوسنتز هستند.
معادله فتوسنتزی آنها مشابه است.
علاوه بر این، RuBP در واکنش تاریکی هر دو نوع گیاه نقش دارد.
هر دو گیاه فسفوگلیسرات تولید می کنند.

تفاوت بین گیاهان C3 و C4 چیست؟

گیاهان C3 اسید فسفوگلیسریک را به عنوان اولین محصول پایدار واکنش تاریک تولید می کنند. این یک ترکیب سه کربنه است. از طرف دیگر، گیاهان C4 اسید اگزالو استیک را به عنوان اولین محصول پایدار واکنش تاریک تولید می کنند. این یک ترکیب چهار کربنه است. بنابراین، این تفاوت اصلی بین گیاهان C3 و C4 است.

علاوه بر این، بازده فتوسنتزی گیاهان C3 کمتر از بازده فتوسنتزی گیاهان C4 است.این به دلیل تنفس نوری است که در گیاهان C3 مشاهده می شود که در گیاهان C4 ناچیز است. بنابراین، تفاوت دیگری بین گیاهان C3 و C4 است. با در نظر گرفتن تفاوت‌های ساختاری، گیاهان C3 دو نوع کلروپلاست و آناتومی کرانز در برگ‌ها ندارند. از طرفی گیاهان C4 دارای دو نوع کلروپلاست هستند و آناتومی کرانز را در برگ نشان می دهند. از این رو، بین گیاهان C3 و C4 نیز تفاوت وجود دارد.

علاوه بر این، تفاوت بیشتر بین گیاهان C3 و C4 این است که گیاهان C3 فقط یک بار دی اکسید کربن را تعمیر می کنند در حالی که گیاهان C4 دو بار دی اکسید کربن را تعمیر می کنند. با توجه به این واقعیت، جذب C در گیاهان C3 کمتر است در حالی که جذب C در گیاهان C4 زیاد است. نه تنها این، گیاهان C4 می توانند فتوسنتز را زمانی انجام دهند که روزنه ها بسته باشند و تحت غلظت نور بسیار بالا و غلظت CO

2 _{. با این حال، گیاهان C3 قادر به انجام فتوسنتز نیستند، زمانی که روزنه‌ها بسته و تحت غلظت‌های نور بسیار بالا و غلظت CO}2 _{هستند.بنابراین، این نیز تفاوت قابل توجهی بین گیاهان C3 و C4 است. علاوه بر این، گیاهان C3 و گیاهان C4 با اولین پذیرنده دی اکسید کربن متفاوت هستند. RuBP پذیرنده CO}2 _{در گیاهان C3 است در حالی که PEP اولین پذیرنده CO}2 _{در گیاهان C4 است..}

خلاصه - C3 در مقابل C4 Plants

C3 و C4 دو نوع گیاه هستند. گیاهان C3 بسیار رایج هستند در حالی که گیاهان C4 بسیار نادر هستند. تفاوت اصلی بین گیاهان C3 و C4 بستگی به اولین محصول کربنی دارد که در طی واکنش تاریک تولید می کنند. گیاهان C3 چرخه کالوین را انجام می دهند و ترکیب سه کربنه را به عنوان اولین محصول پایدار تولید می کنند در حالی که گیاهان C4 مکانیسم C4 را انجام می دهند و ترکیب چهار کربنی را به عنوان اولین محصول پایدار تولید می کنند. علاوه بر این، گیاهان C3 بازده فتوسنتزی کمتری را نشان می دهند در حالی که گیاهان C4 بازده فتوسنتزی بالایی را نشان می دهند.علاوه بر این، گیاهان C3 آناتومی کرانز در برگها ندارند و همچنین دارای دو نوع کلروپلاست نیستند. از طرفی گیاهان C4 دارای آناتومی کرانز در برگها و همچنین دارای دو نوع کلروپلاست هستند. بنابراین، این خلاصه گیاهان C3 و C4 است.