Erinevus C3 ja C4 taimede vahel

võtme erinevus C3 ja C4 taimede vahel on see C3 taimed moodustavad pimedas reaktsiooni esimese stabiilse produktina kolme süsiniku ühendi, samal ajal kui C4 taimed moodustavad tumeda reaktsiooni esimese stabiilse produktina nelja süsiniku ühendi.

Fotosüntees on valgusjõuline protsess, mis muudab süsinikdioksiidi ja vee energiarikasteks suhkruteks taimedes, vetikates ja sinivetikates. Fotosünteesi kerge reaktsiooni ajal toimub veemolekulide fotolüüs. Vee fotolüüsi tulemusel vabaneb hapnik kõrvalsaadusena. Pärast kerget reaktsiooni algab tume reaktsioon ja see sünteesib süsivesikuid, kinnitades süsinikdioksiidi. Kerge reaktsiooni käigus tekkiv hapnik võib aga seostuda tumeda reaktsiooni peamise ensüümiga, milleks on RuBP oksügenaas-karboksülaas (Rubisco), ja viia läbi fotorespiratsiooni. Fotorespiratsioon on protsess, mis raiskab energiat ja vähendab süsivesikute sünteesi. Seetõttu on fotorespiratsiooni vältimiseks kolmel erineval viisil taimedes tume reaktsioon, et takistada hapniku kokkupuudet Rubiscoga. Seega, olenevalt tumeda reaktsiooni toimumise viisist, on 3 tüüpi taimi; nimelt C3 taimed, C4 taimed ja CAM taimed.

SISU

1. Ülevaade ja peamised erinevused
2. Mis on C3 taimed
3. Mis on C4 taimed
4. Sarnasused C3 ja C4 taimede vahel
5. Kõrvuti võrdlus - C3 vs C4 taimed tabelina
6. Kokkuvõte

Mis on C3 taimed?

Ligikaudu 95% maakera taimedest on C3-taimed. Nagu nimest selgub, viivad nad läbi C3 fotosünteesi mehhanismi, mis on Calvini tsükkel. Arvatakse, et C3 fotosüntees toimus peaaegu 3,5 miljardit aastat tagasi. Need taimed on enamasti puitunud ja ümarate lehtedega taimed. Nendes taimedes toimub süsiniku fikseerimine mesofülli rakkudes, mis asuvad just epidermise all.

Süsinikdioksiid siseneb atmosfääri kaudu stomata kaudu mesofülli rakkudesse. Siis algab tume reaktsioon. Esimene reaktsioon on süsinikdioksiidi fikseerimine Ribulose bisfosfaadiga fosfoglütseraadiks, mis on kolme süsiniku ühend. Tegelikult on see C3 taimede esimene stabiilne toode. Ribuloosbisfosfaatkarboksülaas (Rubisco) on ensüüm, mis katalüüsib seda karboksüülimisreaktsiooni taimedes. Samamoodi toimub Calvini tsükkel süsivesikute tootmisel tsükliliselt.

Joonis 01: C3 taimed

Võrreldes C4 taimedega on C3 taimed oma fotosünteesi mehhanismi osas ebaefektiivsed. Selle põhjuseks on fotorespiratsiooni esinemine C3 taimedes. Fotorespiratsioon toimub tänu ensüümi Rubisco oksügenaasi aktiivsusele. Rubisco hapnikuga varustamine toimib karboksüleerimisega vastupidises suunas, takistab tõhusalt fotosünteesi, kulutades suurtes kogustes süsiniku, mis algselt fikseeriti Calvini tsükli abil, suurte kuludega ning põhjustab süsinikdioksiidi fikseerivate rakkude süsinikdioksiidi kaotuse. Samuti toimub Rubisco samas kohas interaktsioon hapniku ja süsinikdioksiidiga. Need konkureerivad reaktsioonid toimuvad tavaliselt suhtega 3: 1 (süsinik: hapnik). Seega on selge, et fotorespiratsioon on valgusega stimuleeritud protsess, mis tarbib hapnikku ja eraldab süsinikdioksiidi.

Mis on C4 taimed?

C4 taimi leidub kuivades ja kõrge temperatuuriga piirkondades. Ligikaudu 1% taimeliikidest omab C4 biokeemiat. Mõned näited C4 taimedest on mais ja suhkruroog. Nagu nimest selgub, viivad need taimed läbi C4 fotosünteesi mehhanismi. Arvatakse, et C4 fotosüntees on toimunud peaaegu 12 miljonit aastat tagasi; kaua pärast C3 mehhanismi arengut. C4 taimi võib nüüd paremini kohandada, kuna praegused süsinikdioksiidi tasemed on palju madalamad kui 100 miljonit aastat tagasi.

C4 taimed on süsinikdioksiidi hõivamiseks palju tõhusamad. Lisaks sellele leidub C4 fotosünteesi nii ühe- kui ka kaheidulehelistes liikides. Vastupidiselt C3 taimedele on esimene fotosünteesi käigus moodustunud stabiilne toode oksaloäädikhape, mis on nelja süsiniku ühend. Kõige tähtsam on see, et nende taimede lehed näitavad eritüüpi anatoomiat nimega „Kranzi anatoomia“. Vaskulaarsete kimpude ümber on kloroplastidega kimpkesta kest, mille abil saab tuvastada C4 taimi.

Joonis 02: C4 taimed

Sellel teel toimub süsinikdioksiidi fikseerimine kaks korda. Mesofülli raku tsütoplasmas, CO₂ esmalt fikseerub fosfoenolpüruvaadiga (PEP), mis toimib primaarse aktseptorina. Reaktsiooni katalüüsib ensüüm PEP-karboksülaas. Seejärel muundub PEP malaatiks ja seejärel püruvaadiks vabastavaks CO-ks₂. Ja see CO₂ fikseeritakse taas teist korda Ribulose bisfosfaadiga, moodustades 2 fosfoglütseraadi Calvini tsükli läbiviimiseks.

Millised on sarnasused C3 ja C4 taimede vahel?

• Nii C3 kui ka C4 taimed fikseerivad süsinikdioksiidi ja toodavad süsivesikuid.
• Nad viivad läbi tumeda reaktsiooni.
• Mõlemat tüüpi taimed viivad läbi sama valgusreaktsiooni.
• Lisaks on neil fotosünteesi läbiviimiseks kloroplastid.
• Nende fotosünteetiline võrrand on sarnane.
• Lisaks hõlmab RuBP mõlemat tüüpi taimi pimedas reaktsioonis.
• Mõlemad taimed toodavad fosfoglütseraati.

Mis vahe on C3 ja C4 taimedel??

C3 taimed toodavad tumeda reaktsiooni esimese stabiilse produktina fosfoglütseriinhapet. See on kolme süsiniku ühend. Teisest küljest toodavad C4 taimed pimeda reaktsiooni esimese stabiilse produktina oksoaloäädikhapet. See on nelja süsiniku ühend. Seetõttu on see peamine erinevus C3 ja C4 taimede vahel.

Lisaks on C3 taimede fotosünteesi efektiivsus väiksem kui C4 taimede fotosünteesi efektiivsus. C3 taimede fotorespiratsiooni tõttu on see C4 taimede puhul ebaoluline. Seega on see veel üks erinevus C3 ja C4 taimede vahel. Kui arvestada struktuurierinevusi, pole C3 taimedel lehtedes kahte tüüpi kloroplasti ja Kranzi anatoomiat. Teisest küljest on C4 taimedel kahte tüüpi kloroplastid ja need näitavad lehtedes Kranzi anatoomiat. Seega on erinevus ka C3 ja C4 taimede vahel.

Veel üks erinevus C3 ja C4 taimede vahel on see, et C3 taimed kinnitavad süsinikdioksiidi ainult üks kord, samal ajal kui C4 taimed kinnitavad süsinikdioksiidi kaks korda. Selle fakti tõttu on C3 taimedes C-assimilatsioon vähem, C4-taimedes on C-assimilatsioon kõrge. Mitte ainult, et C4 taimed saavad fotosünteesi läbi viia siis, kui stomata on suletud ning väga kõrge valguse kontsentratsiooni ja madala CO₂ kontsentratsioonid. Kuid C3-taimed ei suuda fotosünteesi läbi viia, kui stomata on suletud ning väga kõrge valguse kontsentratsiooni ja madala CO₂ kontsentratsioonid. Seetõttu on see oluline erinevus ka C3 ja C4 taimede vahel. Lisaks erinevad C3 ja C4 taimed esimesest süsinikdioksiidi aktsepteerijast. RuBP on CO₂ aktseptor C3 taimedes, samal ajal kui PEP on esimene CO₂ aktseptor C4 taimedes.

Kokkuvõte - C3 vs C4 taimed

C3 ja C4 on kahte tüüpi taimi. C3 taimed on väga levinud, samas kui C4 taimed on väga haruldased. Peamine erinevus C3 ja C4 taimede vahel sõltub esimesest süsinikuproduktist, mille nad tumedas reaktsioonis tekitavad. C3 taimed viivad läbi Calvini tsükli ja toodavad esimese stabiilse tootena kolme süsiniku ühendit, samal ajal kui C4 taimed viivad läbi C4 mehhanismi ja toodavad esimese stabiilse tootena neli süsiniku ühendit. Lisaks näitavad C3 taimed väiksemat fotosünteesi efektiivsust, samas kui C4 taimed on kõrge fotosünteesi efektiivsusega. Veelgi enam, C3-taimedel pole lehtedes Kranzi anatoomiat ja ka kahte tüüpi kloroplasti. Teisest küljest on C4 taimede lehtedes Kranzi anatoomia ja ka neil on kahte tüüpi kloroplastid. Seega on see kokkuvõte C3 ja C4 taimedest.

Viide:

1. Szczepanik jt. "Cran fotosünteesi vahevahetuse mehhanismi kohta Kranz Mesophylli ja Bundle'i kesta rakkude vahel rohumaades." OUP Academic, Oxford University Press, 28. märts 2008. Saadaval siin 
2. Study.com, Study.com. Saadaval siin 

Pilt viisakalt:

1. Rachel Purdon - „Lihtsustatud fotorespireerimise diagramm“ - Omad tööd (CC BY-SA 3.0) Commonsi Wikimedia kaudu 
2. “HatchSlackpathway2” autor Adenosine (vestlus) - HatchSlackpathway.svg, (CC BY-SA 2.5) Commonsi Wikimedia kaudu