Kľúčový rozdiel medzi rastlinami C3 a C4 je v tom, že rastliny C3 tvoria trojuhlíkovú zlúčeninu ako prvý stabilný produkt temnej reakcie, zatiaľ čo rastliny C4 tvoria zlúčeninu so štyrmi uhlíkmi ako prvý stabilný produkt temná reakcia.
Fotosyntéza je proces poháňaný svetlom, ktorý premieňa oxid uhličitý a vodu na cukry bohaté na energiu v rastlinách, riasach a cyanobaktériách. Počas svetelnej reakcie fotosyntézy dochádza k fotolýze molekúl vody. V dôsledku fotolýzy vody sa ako vedľajší produkt uvoľňuje kyslík. Po svetlej reakcii nastupuje tmavá reakcia a syntetizuje sacharidy fixáciou oxidu uhličitého. Kyslík generovaný reakciou svetla sa však môže viazať na hlavný enzým reakcie v tme, ktorým je RuBP oxygenáza-karboxyláza (Rubisco) a vykonávať fotorespiráciu. Fotorespirácia je proces, ktorý plytvá energiou a znižuje syntézu sacharidov. Preto, aby sa predišlo fotorespirácii, existujú tri rôzne spôsoby, ako sa v rastlinách vyskytuje temná reakcia, aby sa zabránilo stretnutiu kyslíka s Rubisco. Preto v závislosti od spôsobu, akým prebieha temná reakcia, existujú 3 typy rastlín; menovite závody C3, závody C4 a závody CAM.
Čo sú rastliny C3?
Asi 95 % rastlín na Zemi sú rastliny C3. Ako už názov napovedá, vykonávajú C3 fotosyntetický mechanizmus, ktorým je Calvinov cyklus. Predpokladá sa, že fotosyntéza C3 vznikla takmer pred 3,5 miliardami rokov. Tieto rastliny sú väčšinou dreviny a rastliny s okrúhlymi listami. V týchto rastlinách dochádza k fixácii uhlíka v mezofylových bunkách, ktoré sú tesne pod epidermou.
Oxid uhličitý vstupuje z atmosféry do mezofylových buniek cez prieduchy. Potom začne temná reakcia. Prvou reakciou je fixácia oxidu uhličitého s bisfosfátom ribulózy na fosfoglycerát, čo je trojuhlíková zlúčenina. V skutočnosti je to prvý stabilný produkt závodov C3. Ribulózabisfosfátkarboxyláza (Rubisco) je enzým, ktorý katalyzuje túto karboxylačnú reakciu v rastlinách. Podobne aj Calvinov cyklus prebieha cyklicky pri produkcii sacharidov.
Obrázok 01: Rastliny C3
V porovnaní s rastlinami C4 sú rastliny C3 neefektívne, pokiaľ ide o ich fotosyntetický mechanizmus. Je to kvôli výskytu fotorespirácie v rastlinách C3. K fotorespirácii dochádza v dôsledku oxygenázovej aktivity enzýmu Rubisco. Okysličovanie Rubisco funguje v opačnom smere ako karboxylácia, účinne ruší fotosyntézu plytvaním veľkého množstva uhlíka pôvodne fixovaného Calvinovým cyklom pri vysokých nákladoch a vedie k strate oxidu uhličitého z buniek, ktoré oxid uhličitý fixujú. Podobne k interakcii s kyslíkom a oxidom uhličitým dochádza na rovnakom mieste na Rubisco. Tieto konkurenčné reakcie normálne prebiehajú v pomere 3:1 (uhlík: kyslík). Je teda jasné, že fotorespirácia je svetlom stimulovaný proces, ktorý spotrebúva kyslík a uvoľňuje oxid uhličitý.
Čo sú rastliny C4?
Rastliny C4 sa vyskytujú v suchých a vysokoteplotných oblastiach. Približne 1 % rastlinných druhov má biochémiu C4. Niektoré príklady rastlín C4 sú kukurica a cukrová trstina. Ako naznačuje názov, tieto rastliny vykonávajú fotosyntetický mechanizmus C4. Predpokladá sa, že fotosyntéza C4 vznikla takmer pred 12 miliónmi rokov; dlho po vývoji mechanizmu C3. Rastliny C4 môžu byť teraz lepšie prispôsobené, pretože súčasné hladiny oxidu uhličitého sú oveľa nižšie ako pred 100 miliónmi rokov.
Zariadenia C4 sú oveľa efektívnejšie pri zachytávaní oxidu uhličitého. Okrem toho sa C4 fotosyntéza nachádza v jednoklíčnolistových aj dvojklíčnolistových druhoch. Na rozdiel od rastlín C3 je prvým stabilným produktom vznikajúcim počas fotosyntézy kyselina oxaloctová, čo je zlúčenina so štyrmi uhlíkmi. Najdôležitejšie je, že listy týchto rastlín vykazujú špeciálny typ anatómie nazývaný „Kranzova anatómia“. Okolo cievnych zväzkov je kruh buniek obalu s chloroplastmi, podľa ktorých možno identifikovať rastliny C4.
Obrázok 02: Rastliny C4
V tejto dráhe dochádza k fixácii oxidu uhličitého dvakrát. V cytoplazme mezofylových buniek sa CO2 najskôr fixuje fosfoenolpyruvátom (PEP), ktorý pôsobí ako primárny akceptor. Reakcia je katalyzovaná enzýmom PEP karboxyláza. Potom sa PEP premení na malát a potom na pyruvát uvoľňujúci CO2 A tento CO2sa opäť fixuje po druhýkrát s ribulózou bisfosfátom za vzniku 2 fosfoglycerát na uskutočnenie Calvinovho cyklu.
Aké sú podobnosti medzi rastlinami C3 a C4?
- Zariadenia C3 aj C4 fixujú oxid uhličitý a produkujú sacharidy.
- Vykonávajú temnú reakciu.
- Tiež oba typy rastlín vykonávajú rovnakú svetelnú reakciu.
- Okrem toho majú chloroplasty na uskutočňovanie fotosyntézy.
- Ich fotosyntetická rovnica je podobná.
- Navyše, RuBP sa podieľa na temnej reakcii oboch typov rastlín.
- Obe rastliny produkujú fosfoglycerát.
Aký je rozdiel medzi rastlinami C3 a C4?
Rastliny C3 produkujú kyselinu fosfoglycerínovú ako prvý stabilný produkt reakcie v tme. Je to trojuhlíková zlúčenina. Na druhej strane rastliny C4 produkujú kyselinu oxaloctovú ako prvý stabilný produkt reakcie v tme. Je to štvoruhlíková zlúčenina. Preto je toto kľúčový rozdiel medzi rastlinami C3 a C4.
Navyše, fotosyntetická účinnosť C3 rastlín je nižšia ako fotosyntetická účinnosť C4 rastlín. Je to spôsobené fotorespiráciou pozorovanou u rastlín C3, ktorá je u rastlín C4 zanedbateľná. Je to teda ďalší rozdiel medzi rastlinami C3 a C4. Keď vezmeme do úvahy štrukturálne rozdiely, rastliny C3 nemajú dva typy chloroplastov a Kranzovu anatómiu v listoch. Na druhej strane rastliny C4 majú dva typy chloroplastov a v listoch vykazujú Kranzovu anatómiu. Preto je tiež rozdiel medzi rastlinami C3 a C4.
Ďalší rozdiel medzi zariadeniami C3 a C4 je v tom, že zariadenia C3 fixujú oxid uhličitý iba raz, zatiaľ čo zariadenia C4 fixujú oxid uhličitý dvakrát. V dôsledku tejto skutočnosti je asimilácia C menšia v rastlinách C3, zatiaľ čo asimilácia C je vysoká v rastlinách C4. Nielen to, rastliny C4 môžu vykonávať fotosyntézu, keď sú prieduchy uzavreté a pri veľmi vysokých koncentráciách svetla a nízkych koncentráciách CO2 . Avšak rastliny C3 nie sú schopné vykonávať fotosyntézu, keď sú prieduchy uzavreté a pri veľmi vysokých koncentráciách svetla a nízkych koncentráciách CO2 . Preto je to tiež významný rozdiel medzi rastlinami C3 a C4. Okrem toho sa rastliny C3 a rastliny C4 líšia od prvého akceptora oxidu uhličitého. RuBP je akceptorom CO2 v závodoch C3, zatiaľ čo PEP je prvým akceptorom CO2 v závodoch C4.
Zhrnutie – rastliny C3 vs. C4
C3 a C4 sú dva typy rastlín. Rastliny C3 sú veľmi bežné, zatiaľ čo rastliny C4 sú veľmi zriedkavé. Kľúčový rozdiel medzi rastlinami C3 a C4 závisí od prvého uhlíkového produktu, ktorý produkujú počas temnej reakcie. Zariadenia C3 vykonávajú Calvinov cyklus a produkujú trojuhlíkovú zlúčeninu ako prvý stabilný produkt, zatiaľ čo rastliny C4 vykonávajú mechanizmus C4 a produkujú štvoruhlíkovú zlúčeninu ako prvý stabilný produkt. Okrem toho rastliny C3 vykazujú menšiu fotosyntetickú účinnosť, zatiaľ čo rastliny C4 vykazujú vysokú fotosyntetickú účinnosť. Okrem toho rastliny C3 nemajú Kranzovu anatómiu v listoch a tiež nemajú dva typy chloroplastov. Na druhej strane rastliny C4 majú vo svojich listoch Kranzovu anatómiu a tiež majú dva typy chloroplastov. Toto je súhrn rastlín C3 a C4.
