Разница между циклами C3 и C4

Основное различие - цикл C3 против C4

Цикл C3 и C4 - это два типа циклических реакций, которые происходят как темновая реакция фотосинтеза. Фотосинтез - это производство простых органических молекул, глюкозы из неорганических молекул, углекислого газа и воды с использованием солнечного света в качестве источника энергии. Во время фотосинтеза световая реакция сменяется темной реакцией. Цикл C3 также называют Цикл Кальвина, а цикл C4 называется Цикл штриховки-слабины. В главное отличие между циклами C3 и C4 находится первое стабильное соединение, полученное в результате этих реакций; первое стабильное соединение, образующееся в цикле C3, представляет собой трехуглеродное соединение, называемое 3-фосфоглицериновой кислотой (PGA). в то время как Первое стабильное соединение, образующееся в цикле C4, представляет собой четырехуглеродное соединение, называемое щавелевоуксусной кислотой (OAA).

В этой статье исследуется,

1. Что такое цикл C3 - Характеристики, процесс, функции 2. Что такое цикл C4 - Характеристики, процесс, функции 3. В чем разница между циклами C3 и C4?

Что такое цикл C3

Цикл C3 - это один из двух путей реакции, которые могут происходить в темновой реакции фотосинтеза. Встречается у всех растений. В цикле C3 наблюдаются три ступени. На первом этапе диоксид углерода фиксируется в рибулозе 1,5-бисфосфат, образуя нестабильное шестиуглеродное соединение, которое затем гидролизуется до трехуглеродного соединения, 3-фосфоглицерата. Фиксация углекислого газа катализируется ферментом рубиско, который находится на стромальной поверхности тилакоидной мембраны в хлоропласте. Фиксация углекислого газа является лимитирующей стадией цикла C3. Из-за каталитического несовершенства фермента rubisco фермент вступает в реакцию с молекулярным кислородом посредством процесса, называемого фотодыханием. Две молекулы 3-фосфоглицерата образуются на первой стадии цикла C3 за одну фиксацию диоксида углерода. На втором этапе одна молекула 3-фосфоглицерата восстанавливается, образуя три типа гексозофосфатов: фруктозо-6-фосфат, глюкозо-6-фосфат и глюкозо-1-фосфат. Оставшийся 3-фосфоглицерат рециркулирует, образуя 1, 5-бисфосфат рибулозу. Цикл C3 показан на рисунке 1.

Рисунок 1: Цикл C3

Что такое цикл C4

Цикл C4 - это другой путь реакции, происходящий в темновой реакции фотосинтеза. Растения, растущие в жарких и засушливых условиях, таких как сахарный тростник, кукуруза и злаковые травы, используют путь C4 во время фотосинтеза. У этих растений газообменные поры устьиц закрыты большую часть дня, чтобы уменьшить чрезмерную потерю влаги в сухих и жарких условиях. Таким образом, концентрация углекислого газа в листьях растений также снижается по мере прохождения цикла C3. Когда концентрация углекислого газа низкая, фотодыхание усиливается, снижая эффективность фотосинтеза. Чтобы повысить эффективность фотосинтеза в засушливых и жарких условиях, эти растения C4 проводят цикл C4.

В цикл C4 вовлечены два типа клеток: клетки мезофилла и клетки оболочки пучка. Сосудистая ткань листа окружена клетками оболочки пучка. Строение листа растений C4 описывается анатомией Кранца. Пируват фосфоенола реагирует с диоксидом углерода в клетках мезофилла, образуя оксалоацетат, который представляет собой четырехуглеродное соединение. Реакция катализируется ферментом фосфоенолпируваткарбоксилазы, который нечувствителен к кислороду. Затем оксалоацетат восстанавливается до малата, который переносится в клетки оболочки пучка. В клетках оболочки пучка малат декарбоксилируется путем удаления углекислого газа, вступающего в цикл C3. Цикл C4 показан на рисунке 2.

Рисунок 2: Цикл C4

Первое стабильное соединение

Цикл C3: Первое стабильное соединение, образующееся в цикле C3, представляет собой трехуглеродное соединение, называемое 3-фосфоглицериновой кислотой.

Цикл C4: Первое стабильное соединение, образующееся в цикле C4, представляет собой четырехуглеродное соединение, называемое щавелевоуксусной кислотой.

Первое наблюдение

Цикл C3: Цикл C3 впервые наблюдал Мелвин Кальвин.

Цикл C4: Цикл C4 впервые наблюдали Хэтч и Слэк.

Альтернативные имена

Цикл C3: Цикл C3 называется циклом Кальвина.

Цикл C4: Цикл C4 называется циклом Hatch-Slack.

Присутствие

Цикл C3: Цикл C3 присутствует во всех растениях.

Цикл C4: Цикл C4 обнаружен только в растениях C4, таких как сорго и кукуруза.

Акцептор первичного углекислого газа

Цикл C3: Первичный акцептор углекислого газа представляет собой пятиуглеродное соединение, рибулозобифосфат (RUBP).

Цикл C4: Первичным акцептором диоксида углерода является трехуглеродное соединение, фосфоенолпировиноградная кислота (PEP).

Фермент карбоксилазы

Цикл C3: Фермент карбоксилазы - это Rubisco в растениях C3.

Цикл C4: Ферменты карбоксилазы - это карбоксилаза PEP и Rubisco.

Углеродная фиксация

Цикл C3: В цикле C3 происходит однократная фиксация углерода.

Цикл C4: Двойные углеродные фиксации происходят в цикле C4.

Эффективность фиксации углерода

Цикл C3: Фиксация углерода менее эффективна и медленна в цикле C3.

Цикл C4: Фиксация углерода более эффективна и быстра в цикле C4.

Требования к углеродной фиксации

Цикл C3: Для фиксации одной молекулы углерода требуется 3 АТФ и 2 НАДН.

Цикл C4: Для фиксации одной углеродной фиксации требуется 5 АТФ и 3 НАДН.

Типы хлоропластов

Цикл C3: Гранулярные хлоропласты участвуют в цикле C3.

Цикл C4: Гранулярные и агранулярные хлоропласты участвуют в цикле C4.

Анатомия Кранца в листьях

Цикл C3: Анатомия Кранца отсутствует в листьях растений C3.

Цикл C4: Анатомия Кранца присутствует в листьях растений C4.

Клетки

Цикл C3: Цикл C3 осуществляется клетками мезофилла.

Цикл C4: Цикл C4 осуществляется как клетками мезофилла, так и клетками оболочки пучка.

Оптимальная температура

Цикл C3: Оптимальная температура цикла С3 - 20-25 градусов Цельсия.

Цикл C4: Оптимальная температура цикла С4 - 30-45 градусов Цельсия.

При очень низких концентрациях углекислого газа

Цикл C3: Цикл C3 не может продолжаться при очень низких концентрациях углекислого газа.

Цикл C4: Цикл C4 может протекать при очень низких концентрациях углекислого газа.

Влияние кислорода

Цикл C3: Цикл C3 тормозится кислородом.

Цикл C4: С циклом C4 не наблюдается ингибирования цикла c4.

Солнечный свет

Цикл C3: Цикл С3 может быть насыщенным солнечным светом.

Цикл C4: Цикл С4 не насыщает солнечным светом.

Фотодыхание

Цикл C3: В цикле С3 наблюдается значительное фотодыхание.

Цикл C4: В цикле C4 наблюдается незначительное фотодыхание.

Заключение

Цикл C3 и C4 - это два типа темновых реакций, которые происходят во время фотосинтеза. Цикл C3 встречается у всех растений при 20-25 градусах Цельсия, тогда как цикл C4 происходит только у растений C4 при 30-45 градусах Цельсия. Во время цикла C3 наблюдается одно событие фиксации углерода, тогда как во время цикла C4 наблюдаются два события фиксации углерода. Фотодыхание происходит во время цикла C3, но незначительное количество фотодыхания происходит во время цикла C4. Эффективность цикла C3 низкая по сравнению с эффективностью цикла C4. Основное различие между циклами C3 и C4 заключается в количестве атомов углерода в первом стабильном соединении, образующемся в каждом цикле.

Ссылка: 1. Берг, Джереми М. «Цикл Кальвина синтезирует гексозы из двуокиси углерода и воды». Биохимия. 5-е издание. Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г. Web. 16 апреля 2017 г. 2. Лодиш, Харви. «Метаболизм CO2 во время фотосинтеза». Молекулярная клеточная биология. 4-е издание. Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г. Web. 16

Изображение предоставлено: 1. «Calvin-cycle4» Майком Джонсом - собственная работа (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia 2. «HatchSlackpathway2» Автор HatchSlackpathway.svg: * HatchSlackpathway.png: Работа производных аденозина: Работа производных Jamouse: Аденозин (talk) - HatchSlackpathway.svg (CC BY-SA 2.5) через Commons Wikimedia