Den viktigaste skillnaden mellan C3- och C4-växter är att C3-växterna bildar en trekolsförening som den första stabila produkten av den mörka reaktionen medan C4-växterna bildar en fyrkolsförening som den första stabila produkten av mörk reaktion.
Fotosyntes är en ljusdriven process som omvandlar koldioxid och vatten till energirika sockerarter i växter, alger och cyanobakterier. Under fotosyntesens ljusreaktion sker fotolys av vattenmolekyler. Som ett resultat av fotolys av vatten frigörs syre som en biprodukt. Efter ljusreaktionen startar mörkerreaktionen och den syntetiserar kolhydrater genom att fixera koldioxid. Syre som genereras från ljusreaktionen kan dock binda till huvudenzymet i den mörka reaktionen som är RuBP oxygenas-karboxylas (Rubisco) och utföra fotorespiration. Fotorespiration är en process som slösar energi och minskar kolhydratsyntesen. Därför, för att förhindra fotorespiration, finns det tre olika sätt som mörkreaktion uppstår i växter för att förhindra mötet av syre med Rubisco. Beroende på hur mörkreaktionen äger rum finns det därför 3 typer av växter; nämligen C3-anläggningar, C4-anläggningar och CAM-anläggningar.
Vad är C3 Plants?
Omkring 95 % av växterna på jorden är C3-växter. Som namnet indikerar, utför de C3 fotosyntesmekanism som är Calvin-cykeln. C3-fotosyntesen tros ha uppstått för nästan 3,5 miljarder år sedan. Dessa växter är mestadels vedartade och rundbladiga växter. I dessa växter sker kolfixering i mesofyllcellerna som finns precis under epidermis.
Koldioxid kommer in från atmosfären till mesofyllcellerna genom stomata. Sedan börjar den mörka reaktionen. Den första reaktionen är fixering av koldioxid med ribulosbisfosfat till fosfoglycerat som är en trekolförening. Det är faktiskt den första stabila produkten från C3-växterna. Ribulosbisfosfatkarboxylas (Rubisco) är det enzym som katalyserar denna karboxyleringsreaktion i växter. På samma sätt sker Calvin-cykeln cykliskt samtidigt som den producerar kolhydrater.
Figur 01: C3 Plants
Jämfört med C4-växter är C3-växter ineffektiva när det gäller deras fotosyntesmekanism. Det är på grund av förekomsten av fotorespiration i C3-växter. Fotorespiration uppstår på grund av oxygenasaktiviteten hos Rubisco-enzymet. Oxygenering av Rubisco fungerar i motsatt riktning mot karboxylering, ånger effektivt fotosyntesen genom att slösa bort stora mängder kol som ursprungligen fixerats av Calvin-cykeln till stora kostnader, och resulterar i förlust av koldioxid från cellerna som fixerar koldioxid. Likaså sker interaktion med syre och koldioxid på samma plats på Rubisco. Dessa konkurrerande reaktioner löper norm alt i förhållandet 3:1 (kol:syre). Således är det tydligt att fotorespiration är en ljusstimulerad process som förbrukar syre och utvecklar koldioxid.
Vad är C4-växter?
C4-växter finns i torra och högtemperaturområden. Ungefär 1% av växtarterna har C4-biokemi. Några exempel på C4-växter är majs och sockerrör. Som namnet indikerar utför dessa växter den C4-fotosyntetiska mekanismen. C4-fotosyntesen tros ha uppstått för nästan 12 miljoner år sedan; långt efter utvecklingen av C3-mekanismen. C4-anläggningar kan vara bättre anpassade nu, eftersom de nuvarande koldioxidnivåerna är mycket lägre än för 100 miljoner år sedan.
C4-växter är mycket effektivare på att fånga upp koldioxid. Dessutom finns C4-fotosyntes i både enhjärtbladiga och tvåhjärtade arter. I motsats till C3-växter är den första stabila produkten som bildas under fotosyntesen oxaloättiksyra, som är en fyrkolsförening. Det viktigaste är att löven på dessa växter visar en speciell typ av anatomi som kallas "Kranz Anatomy". Det finns en cirkel av buntmantelceller med kloroplaster runt kärlknippen med vilka C4-växter kan identifieras.
Figur 02: C4 Plants
I den här vägen sker koldioxidfixering två gånger. I mesofyllcellens cytoplasma fixeras CO2 först med fosfoenolpyruvat (PEP), som fungerar som en primär acceptor. Reaktionen katalyseras av PEP-karboxylasenzym. Sedan omvandlas PEP till malat och sedan till pyruvatfrigörande CO2 Och, denna CO2fixar sig igen för andra gången med Ribulosbisfosfat, för att bilda 2 fosfoglycerat för att utföra Calvin-cykeln.
Vilka är likheterna mellan C3- och C4-växter?
- Både C3- och C4-växter fixerar koldioxid och producerar kolhydrater.
- De utför en mörk reaktion.
- Dessutom utför båda typerna av växter samma ljusreaktion.
- Dessutom har de kloroplaster för att utföra fotosyntes.
- Deras fotosyntetiska ekvation är liknande.
- Dessutom involverar RuBP den mörka reaktionen hos båda typerna av växter.
- Båda växterna producerar fosfoglycerat.
Vad är skillnaden mellan C3- och C4-växter?
C3-växter producerar fosfoglycerinsyra som den första stabila produkten av den mörka reaktionen. Det är en förening med tre kol. Å andra sidan producerar C4-växter oxaloättiksyra som den första stabila produkten av den mörka reaktionen. Det är en förening med fyra kolatomer. Därför är detta den viktigaste skillnaden mellan C3- och C4-anläggningar.
Dessutom är fotosynteseffektiviteten för C3-växter mindre än den fotosyntesiska effektiviteten för C4-växter. Det beror på den fotorespiration som ses i C3-växter som är försumbar i C4-växter. Det är alltså en annan skillnad mellan C3- och C4-växter. När man överväger de strukturella skillnaderna har C3-växter inte två typer av kloroplaster och Kranz-anatomi i bladen. Å andra sidan har C4-växter två typer av kloroplaster, och de visar Kranz-anatomi i bladen. Därför är det också en skillnad mellan C3- och C4-anläggningar.
Dessutom är en ytterligare skillnad mellan C3- och C4-anläggningar att C3-anläggningarna fixerar koldioxid endast en gång medan C4-anläggningarna fixerar koldioxid två gånger. På grund av detta faktum är C-assimilering mindre i C3-växter medan C-assimilering är hög i C4-växter. Inte nog med det, C4-växter kan utföra fotosyntes när stomata är stängda och under mycket höga ljuskoncentrationer och låga CO2 koncentrationer. C3-växter kan dock inte utföra fotosyntes när stomata är stängda och under mycket höga ljuskoncentrationer och låga CO2 koncentrationer. Därför är detta också en betydande skillnad mellan C3- och C4-växter. Dessutom skiljer sig C3-växter och C4-växter från den första koldioxidacceptorn. RuBP är CO2-acceptorn i C3-anläggningar medan PEP är den första CO2-acceptorn i C4-anläggningar.
Sammanfattning – C3 vs C4 Plants
C3 och C4 är två typer av växter. C3-växter är mycket vanliga medan C4-växter är mycket sällsynta. Den viktigaste skillnaden mellan C3- och C4-växter beror på den första kolprodukten som de producerar under den mörka reaktionen. C3-växter utför Calvin-cykeln och producerar trekolföreningar som den första stabila produkten medan C4-växterna utför C4-mekanismen och producerar fyrakolföreningar som den första stabila produkten. Dessutom visar C3-växter mindre fotosyntetisk effektivitet medan C4-växter visar hög fotosyntetisk effektivitet. Dessutom har C3-växter inte Kranz-anatomi i bladen, och de har inte heller två typer av kloroplaster. Å andra sidan har C4-växter Kranz-anatomi i sina blad, och de har också två typer av kloroplaster. Detta är alltså sammanfattningen av C3- och C4-anläggningar.
