Päikesevalgusest pärineva süsinikdioksiidi assimilatsioon fotosünteesi jaoks ja selle teisendamine glükoosiks (energiaks) sünteesimiseks erinevaks tooteks on nende kolme põhiline erinevus. Nii et CO2 fikseerimise ajal, kui fotosünteesivad taimed toodavad 3-fosfoglütseriinhapet (PGA) või 3-süsinhapet, nimetatakse esimeseks saaduseks C3 rada .
Kuid kui fotosünteetiline taim enne C3 rajale minekut tekitab oksoäädikhappe (OAA) või 4-süsiniku ühendi, siis nende esimeseks stabiilseks saaduseks nimetatakse C4 või Hatch and Slack rada . Kuid kui taimed neelavad päevasel ajal päikesevalguse energiat ja kasutavad seda energiat öösel süsinikdioksiidi assimileerimiseks või fikseerimiseks, nimetatakse crassulacean happe metabolismiks ehk CAM .
Neid protseduure järgivad taimed, teatud bakteriliigid ja vetikad energia tootmiseks, sõltumata nende elupaigast. Energia sünteesi, mille peamiseks allikaks õhu ja vee toitainete saamiseks on süsinikdioksiid ja vesi, nimetatakse fotosünteesiks. See on peamine protsess elusolendile, kes ise toitu valmistab
Selles sisus käsitleme olulist erinevust kolme tüüpi raja vahel, millele järgnevad taimed ja vähe mikroorganisme, ning nende kohta väikest kirjeldust.
Võrdlusdiagramm
| Võrdluse alus | C3 rada | C4 rada | CAM |
|---|---|---|---|
| Definitsioon | Sellised taimed, mille esimene toode pärast päikesevalguse süsiniku assimilatsiooni on 3-süsiniku molekul või 3-fosfoglütseriinhape energia tootmist nimetatakse C3 taimedeks ja rada nimetatakse C3 rajaks. Kõige sagedamini kasutavad seda taimed. | Troopilises piirkonnas asuvad taimed muudavad päikesevalguse energia C4 süsiniku molekuliks või oksaloatseethappeks, mis toimub enne C3 tsüklit ja siis muundub see veelgi energiaks, seda nimetatakse C4 taimedeks ja rada nimetatakse C4 rajaks. See on tõhusam kui C3 rada. | Taimed, mis salvestavad päikeseenergiat ja muundavad selle öösel energiaks, järgivad CAM-i ehk crassulacean hapet ainevahetus. |
| Rakud kaasatud | Mesofülli rakud. | Mesofülli rakk, kimbu kesta rakud. | Nii C3 kui ka C4 samades mesofülli rakkudes. |
| Näide | Päevalill, spinat, oad, riis, puuvill. | Suhkruroog, sorgo ja mais. | Kaktused, orhideed. |
| Saab näha sisse | Kõik fotosünteetilised taimed. | Troopilistes taimedes | Poolkuiv seisund. |
| Seda tsüklit kasutavate taimede tüübid | Mesofüütiline, hüdrofüütiline, kserofüütiline. | Mesofüütiline. | Kserofüütiline. |
| Fotorespiratsioon | Esinevad kõrgel tasemel. | Pole hõlpsasti tuvastatav. | Tuvastatav pärastlõunal. |
| Glükoosi tootmiseks | Vaja on 12 NADPH ja 18 ATP-d. | Vaja on 12 NADPH ja 30 ATP-d. | Vaja on 12 NADPH ja 39 ATP-d. |
| Esimene stabiilne toode | 3-fosfoglütseraat (3-PGA). | Oksaloatsetaat (OAA). | Oksaloatsetaat (OAA) öösel, 3 PGA päevasel ajal. |
| Calvini tsükkel töötab | Üksi. | Koos Hatch and Slack tsükliga. | C3 ja luukide ja lõdvade tsükkel. |
| Optimaalne temperatuur fotosünteesi jaoks | 15-25 ° C | 30–40 ° C | > 40 kraadi ° C |
| Karboksüleeriv ensüüm | RuBP karboksülaas. | Mesofüllis: PEP-karboksülaas. Kimpude kesta: RuBP karboksülaas. | Pimedas: PEP-karboksülaas. Valguses: RUBP karboksülaas. |
| CO2: ATP: NADPH2 suhe | 1: 3: 2 | 1: 5: 2 | 1: 6, 5: 2 |
| Esialgne CO2 vastuvõtja | Ribuloos-1, 5-bifosfaat (RuBP). | Fosfoenolpüruvaat (PEP). | Fosfoenolpüruvaat (PEP). |
| Kranzi anatoomia | Puudub. | Olevik. | Puudub. |
| CO2 kompensatsioonipunkt (ppm) | 30–70. | 6-10. | 0-5 pimedas. |
C3 raja või Calvini tsükli määratlus.
C3 taimi nimetatakse jahedaperioodilisteks või parasvöötme taimedeks . Nad kasvavad kõige paremini optimaalsel temperatuuril 65–75 ° F, mulla temperatuuril 40–45 ° F. Seda tüüpi taimed on efektiivsed kõrgel temperatuuril .
C3 taimede põhisaadus on 3-süsinikhape või 3-fosfoglütseriinhape (PGA) . Seda peetakse esimeseks tooteks süsinikdioksiidi fikseerimise ajal. C3 rada lõpeb kolmes etapis: karboksüleerimine, redutseerimine ja regenereerimine.
C3 taimed redutseeruvad CO2 otse kloroplasti. Ribuloosbifosfaatkarboksülaasi (RuBPcase) abil saadakse 3-süsinikhappe või 3-fosfoglütseriinhappe kaks molekuli. See 3-fosfoglütseriin õigustab raja nime C3.
Järgmises etapis fosforüleeruvad NADPH ja ATP, saades 3-PGA ja glükoosi. Ja siis algab tsükkel uuesti RuBP taastamisega.
C3 rada on üheastmeline protsess, toimub kloroplastiga. See organell toimib päikesevalguse energia salvestamisel. 85 protsenti kogu maakeral leiduvatest taimedest kasutab seda teed energia tootmiseks.
C3 taimed võivad olla mitmeaastased või üheaastased. Need on C4 taimedelt tugevalt valgulised. Aastaste C3 taimede näideteks on nisu, kaer ja rukis ning mitmeaastaste taimede hulka taimed, rohumaa ja viljapuuaed. C3 taimed pakuvad suuremat valgukogust kui C4 taimed.
C4 raja või luugi ja lõdva raja määratlus.
Taimed, eriti troopilises piirkonnas, järgivad seda rada. Enne Calvini või C3 tsüklit järgivad mõned taimed C4 või Hatch and Slack rada. See on kaheastmeline protsess, mille käigus saadakse 4-süsinikuühendiks olev oksaloäädikhape (OAA). See esineb kloroplasti sisalduvas mesofülli ja kimbu kesta rakus.
Kui 4-süsinikühendit saadakse, saadetakse see kimbu kesta lahtrisse, siin jaguneb 4-süsiniku molekul veel süsinikdioksiidiks ja 3-katooniliseks ühendiks. Lõpuks hakkab C3 rada tootma energiat, kus 3-süsinikuühend toimib eelkäijana.
C4 taimi tuntakse ka kui sooja aastaaja või troopilisi taimi . Need võivad olla mitmeaastased või üheaastased. Nende taimede ideaalne kasvutemperatuur on 90–95 ° F. C4 taimed on palju tõhusamad lämmastiku kasutamisel ning süsinikdioksiidi kogumisel pinnasest ja atmosfäärist. Valgusisaldus on C3 taimedega võrreldes madal.
Need taimed said oma nime tootest, mida nimetatakse oksaloatsetaadiks, mis on 4 süsinikuhapet. Mitmeaastaste C4 taimede näideteks on india rohi, Bermudagrass, harilik rohi, suur sinikas ja C4 üheaastaste taimede sudanikrohud, mais, pärl hirss.
CAM-taimede määratlus
Tähelepanuväärne märkus, mis eristab seda protsessi kahest ülaltoodust, on see, et seda tüüpi fotosünteesi korral neelab organism päevaajal päikesevalguse energia ja kasutab seda energiat öisel ajal süsinikdioksiidi assimilatsiooniks.
See on omamoodi kohanemine perioodilise põua ajal. See protsess võimaldab gaasivahetust öösel, kui õhutemperatuur on jahedam, ja seal kaotatakse veeaur.
Ligikaudu 10% vaskulaarsetest taimedest on kohandanud CAM-i fotosünteesi, kuid neid leidub peamiselt kuivades piirkondades kasvatatud taimedes. Näited taimedest nagu kaktus ja eufooriad. Isegi orhideed ja bromeliad kohandasid seda rada ebakorrapärase veevarustuse tõttu.
Päeva jooksul dekarboksüleeritakse malaat, et saada CO2 Bensoni-Calvini tsükli fikseerimiseks suletud stomaadis. CAM-taimede peamine omadus on süsiniku assimilatsioon öösel õunhappeks, mida hoitakse vaakumis. Malaadi tootmisel mängib peamist rolli PEP-karboksülaas.
C3, C4 ja CAM taimede peamised erinevused.
Ülalpool käsitleme seda tüüpi energia saamise protseduuri, allpool käsitleme kolme peamist erinevust:
- C3-raja või C3-taimi võib määratleda kui selliseid taimi, mille esimene toode pärast päikesevalguse süsiniku assimilatsiooni on 3-süsiniku molekul või 3-fosfoglütseriinhape energia tootmiseks. Seda kasutavad kõige sagedamini taimed; Kui troopilises piirkonnas asuvad taimed muudavad päikesevalguse energia C4 süsiniku molekuliks või oksaloäädikhappeks, toimub see tsükkel enne C3 tsüklit ja seejärel viib ta ensüümide abil edasi toitainete saamise protsessi, nimetatakse C4 taimedeks ja rada nimetatakse kui C4 rada. See rada on tõhusam kui C3 rada. Teisest küljest jälgivad taimed, mis salvestavad päikeselt energiat päevasel ajal ja muundavad selle öösel energiaks, CAM-i või crassulacean happe metabolismi .
- C3 rajaga seotud rakud on mesofülli rakud ja C4 raja suhtes rakud mesofülli rakud, kimpude kestad, kuid CAM järgib samades mesofülli rakkudes nii C3 kui ka C4.
- C3 näideteks on päevalill, spinat, oad, riis, puuvill, samal ajal kui C4 taimede näited on suhkrurikas, sorgo ja mais ning kaktused, orhideed on CAM-taimede näited.
- C3 võib näha kõigis fotosünteetilistes taimedes, samal ajal kui C4-le järgnevad troopilised taimed ja CAM - poolkuivades tingimustes taimed.
- C3 tsüklit kasutavate taimede tüübid on mesofüütilised, hüdrofüütilised, kserofüütilised, kuid mesofüütilistes taimedes järgneb C4 ja Xerophytic järgneb CAM.
- Fotorespiratsiooni esineb kõrgemal kiirusel, samal ajal kui seda ei ole C4 ja CAM-is hõlpsasti tuvastatav.
- 12 NADPH ja 18 ATP C3 tsüklis; Glükoosi tootmiseks on vaja 12 NADPH ja 30 ATP C4-s ning 12 NADPH ja 39 ATP-d .
- 3-fosfoglütseraat (3-PGA) on C3 raja esimene stabiilne produkt ; Oksaloatsetaat (OAA) C4 raja jaoks ja oksaloatsetaat (OAA) öösel, 3 PGA päevasel ajal CAM-is.
- C3 fotosünteesi optimaalne temperatuur on 15-25 ° C; 30–40 ° C C4 taimedes ja> 40 ° C CAM taimedes
- Karboksüüliv ensüüm on C3 taimedes RuBP karboksülaas, kuid C4 taimedes on see PEP karboksülaas (mesofüllis) ja RuBP karboksülaas (kimbu kestades), CAM-is aga PEP karboksülaas (pimedas) ja RuBP karboksülaas (valguses).
- CO2: ATP: NADPH2 suhe 1: 3: 2 C3-s, 1: 5: 2 C4-s ja 1: 6, 5: 2 CAM-is.
- Esialgne süsinikdioksiidi aktsepteerija on R3-rajal olev ribuloos-1, 5-bifosfaat (RuBP) ja C4-s ja CAM-is fosfoenolpüruvaat (PEP).
- Kranzi anatoomia on olemas ainult C4 rajas ning C3 ja CAM taimedes see puudub.
- CO2 kompenseerimispunkt (ppm) on C3 tehases 30–70; 6-10 C4 taimedes ja 0-5 pimedas CAM-is.
Järeldus
Me kõik oleme teadlikud asjaolust, et taimed valmistavad oma toitu fotosünteesi teel. Nad muudavad atmosfääri süsinikdioksiidi taimseks toiduks või energiaks (glükoosiks). Kuid kuna taimed kasvavad erinevas elupaigas, on neil erinevad atmosfääri- ja kliimatingimused; nad erinevad energia saamise protsessis.
Nagu C4 ja CAM raja puhul, on kaks kohanemist tekkinud loodusliku valiku abil kõrge temperatuuri ja kuiva piirkonna taimede ellujäämiseks. Nii võime öelda, et need on kolm eraldiseisvat biokeemilist meetodit, taimedest energia saamiseks ja C3 on nende hulgas kõige levinum.
