C3 და C4 მცენარეებს შორის მთავარი განსხვავება ისაა, რომ C3 მცენარეები ქმნიან სამნახშირბადოვან ნაერთს, როგორც ბნელი რეაქციის პირველ სტაბილურ პროდუქტს, ხოლო C4 მცენარეები ქმნიან ოთხნახშირბადოვან ნაერთს, როგორც პირველ სტაბილურ პროდუქტს. ბნელი რეაქცია.
ფოტოსინთეზი არის მსუბუქი პროცესი, რომელიც გარდაქმნის ნახშირორჟანგს და წყალს მცენარეებში, წყალმცენარეებსა და ციანობაქტერიებში ენერგიით მდიდარ შაქარში. ფოტოსინთეზის მსუბუქი რეაქციის დროს ხდება წყლის მოლეკულების ფოტოლიზი. წყლის ფოტოლიზის შედეგად ჟანგბადი გამოიყოფა როგორც ქვეპროდუქტი. სინათლის რეაქციის შემდეგ იწყება ბნელი რეაქცია და ასინთეზებს ნახშირწყლებს ნახშირორჟანგის დაფიქსირებით.თუმცა, სინათლის რეაქციის შედეგად წარმოქმნილ ჟანგბადს შეუძლია დაუკავშირდეს ბნელი რეაქციის მთავარ ფერმენტს, რომელიც არის RuBP ოქსიგენაზა-კარბოქსილაზა (რუბისკო) და განახორციელოს ფოტორესპირაცია. ფოტორესპირაცია არის პროცესი, რომელიც ხარჯავს ენერგიას და ამცირებს ნახშირწყლების სინთეზს. ამიტომ, ფოტორესპირაციის თავიდან ასაცილებლად, არსებობს სამი განსხვავებული გზა, რომლითაც ხდება მუქი რეაქცია მცენარეებში, რათა თავიდან აიცილოს ჟანგბადის შეხვედრა რუბისკოსთან. აქედან გამომდინარე, იმის მიხედვით, თუ როგორ ხდება ბნელი რეაქცია, არსებობს მცენარეების 3 ტიპი; კერძოდ, C3 მცენარეები, C4 მცენარეები და CAM მცენარეები.
რა არის C3 მცენარეები?
დედამიწაზე არსებული მცენარეების დაახლოებით 95% არის C3 მცენარეები. როგორც სახელი მიუთითებს, ისინი ახორციელებენ C3 ფოტოსინთეზის მექანიზმს, რომელიც არის კალვინის ციკლი. ითვლება, რომ C3 ფოტოსინთეზი წარმოიშვა თითქმის 3,5 მილიარდი წლის წინ. ეს მცენარეები ძირითადად მერქნიანი და მრგვალი ფოთლოვანი მცენარეებია. ამ მცენარეებში ნახშირბადის ფიქსაცია ხდება მეზოფილის უჯრედებში, რომლებიც ეპიდერმისის ქვეშ არიან.
ნახშირორჟანგი ატმოსფეროდან მეზოფილის უჯრედებში შემოდის სტომატის მეშვეობით.შემდეგ იწყება ბნელი რეაქცია. პირველი რეაქცია არის ნახშირორჟანგის ფიქსაცია რიბულოზა ბიფოსფატთან ფოსფოგლიცერატში, რომელიც წარმოადგენს სამ ნახშირბადოვან ნაერთს. სინამდვილეში, ეს არის C3 მცენარეების პირველი სტაბილური პროდუქტი. რიბულოზა ბისფოსფატ კარბოქსილაზა (Rubisco) არის ფერმენტი, რომელიც კატალიზებს ამ კარბოქსილირების რეაქციას მცენარეებში. ანალოგიურად, კალვინის ციკლი ციკლურად მიმდინარეობს ნახშირწყლების გამომუშავებისას.
სურათი 01: C3 მცენარეები
C4 მცენარეებთან შედარებით, C3 მცენარეები არაეფექტურია მათი ფოტოსინთეზური მექანიზმით. ეს გამოწვეულია C3 მცენარეებში ფოტორესპირაციის წარმოქმნით. ფოტორესპირაცია ხდება Rubisco ფერმენტის ოქსიგენაზას აქტივობის გამო. Rubisco-ს ჟანგბადი მუშაობს კარბოქსილირების საპირისპირო მიმართულებით, ეფექტურად არღვევს ფოტოსინთეზს კალვინის ციკლით თავდაპირველად დაფიქსირებული ნახშირბადის დიდი რაოდენობით ხარჯვით დიდი ხარჯებით და იწვევს ნახშირორჟანგის დაკარგვას უჯრედებიდან, რომლებიც აფიქსირებენ ნახშირორჟანგს.ანალოგიურად, ჟანგბადთან და ნახშირორჟანგთან ურთიერთქმედება ხდება რუბისკოს იმავე ადგილას. ეს კონკურენტული რეაქციები ჩვეულებრივ მიმდინარეობს 3:1 თანაფარდობით (ნახშირბადი: ჟანგბადი). ამრიგად, ნათელია, რომ ფოტოსუნთქვა არის სინათლის სტიმულირებული პროცესი, რომელიც მოიხმარს ჟანგბადს და ავითარებს ნახშირორჟანგს.
რა არის C4 მცენარეები?
C4 მცენარეები გვხვდება მშრალ და მაღალტემპერატურულ ადგილებში. მცენარეთა სახეობების დაახლოებით 1%-ს აქვს C4 ბიოქიმია. C4 მცენარის ზოგიერთი მაგალითია სიმინდი და შაქრის ლერწამი. როგორც სახელი მიუთითებს, ეს მცენარეები ახორციელებენ C4 ფოტოსინთეზის მექანიზმს. ითვლება, რომ C4 ფოტოსინთეზი წარმოიშვა თითქმის 12 მილიონი წლის წინ; C3 მექანიზმის ევოლუციიდან დიდი ხნის შემდეგ. C4 მცენარეები შეიძლება უკეთ ადაპტირდნენ ახლა, რადგან ნახშირორჟანგის ამჟამინდელი დონე გაცილებით დაბალია ვიდრე 100 მილიონი წლის წინ.
C4 მცენარეები ბევრად უფრო ეფექტურია ნახშირორჟანგის დაჭერაში. გარდა ამისა, C4 ფოტოსინთეზი გვხვდება როგორც ერთფეროვან, ასევე ორწახნაგა სახეობებში. C3 მცენარეებისგან განსხვავებით, ფოტოსინთეზის დროს წარმოქმნილი პირველი სტაბილური პროდუქტია ოქსალოძმარმჟავა, რომელიც წარმოადგენს ოთხ ნახშირბადოვან ნაერთს.რაც მთავარია, ამ მცენარის ფოთლებზე ვლინდება ანატომიის განსაკუთრებული ტიპი, სახელწოდებით "Kranz Anatomy". სისხლძარღვთა შეკვრათა გარშემო არის შეკვრა გარსების უჯრედების წრე ქლოროპლასტებით, რომლითაც შესაძლებელია C4 მცენარეების იდენტიფიცირება.
სურათი 02: C4 მცენარეები
ამ გზაზე ნახშირორჟანგის ფიქსაცია ორჯერ ხდება. მეზოფილის უჯრედის ციტოპლაზმაში CO2 პირველად ფიქსირდება ფოსფოენოლპირუვატით (PEP), რომელიც მოქმედებს როგორც პირველადი მიმღები. რეაქცია კატალიზებულია PEP კარბოქსილაზას ფერმენტით. შემდეგ PEP გარდაიქმნება მალატად, შემდეგ კი პირუვატად, რომელიც ათავისუფლებს CO2 და ეს CO2 ისევ ფიქსირდება მეორედ რიბულოზა ბისფოსფატით, წარმოქმნის 2-ს. ფოსფოგლიცერატი კალვინის ციკლის განსახორციელებლად.
რა მსგავსებაა C3 და C4 მცენარეებს შორის?
- ორივე C3 და C4 მცენარეები აფიქსირებენ ნახშირორჟანგს და აწარმოებენ ნახშირწყლებს.
- ისინი ახორციელებენ ბნელ რეაქციას.
- ასევე, ორივე ტიპის მცენარე ახორციელებს ერთსა და იმავე სინათლის რეაქციას.
- გარდა ამისა, მათ აქვთ ქლოროპლასტები ფოტოსინთეზის განსახორციელებლად.
- მათი ფოტოსინთეზური განტოლება მსგავსია.
- უფრო მეტიც, RuBP მონაწილეობს ორივე ტიპის მცენარის ბნელ რეაქციაში.
- ორივე მცენარე გამოიმუშავებს ფოსფოგლიცერატს.
რა განსხვავებაა C3 და C4 მცენარეებს შორის?
C3 მცენარეები აწარმოებენ ფოსფოგლიცერინის მჟავას, როგორც ბნელი რეაქციის პირველ სტაბილურ პროდუქტს. ეს არის სამი ნახშირბადის ნაერთი. მეორეს მხრივ, C4 მცენარეები აწარმოებენ ოქსალო-ძმარმჟავას, როგორც ბნელი რეაქციის პირველ სტაბილურ პროდუქტს. ეს არის ოთხი ნახშირბადის ნაერთი. აქედან გამომდინარე, ეს არის მთავარი განსხვავება C3 და C4 მცენარეებს შორის.
უფრო მეტიც, C3 მცენარეების ფოტოსინთეზური ეფექტურობა ნაკლებია, ვიდრე C4 მცენარეების ფოტოსინთეზური ეფექტურობა.ეს გამოწვეულია C3 მცენარეებში ნაჩვენები ფოტოსუნთქვით, რაც უმნიშვნელოა C4 მცენარეებში. ამრიგად, ეს არის კიდევ ერთი განსხვავება C3 და C4 მცენარეებს შორის. სტრუქტურული განსხვავებების განხილვისას, C3 მცენარეებს არ აქვთ ორი ტიპის ქლოროპლასტები და კრანცის ანატომია ფოთლებში. თავის მხრივ, C4 მცენარეებს აქვთ ორი ტიპის ქლოროპლასტები და ისინი აჩვენებენ კრანსის ანატომიას ფოთლებში. აქედან გამომდინარე, ეს ასევე არის განსხვავება C3 და C4 მცენარეებს შორის.
უფრო მეტიც, C3 და C4 მცენარეებს შორის კიდევ ერთი განსხვავებაა ის, რომ C3 მცენარეები აფიქსირებენ ნახშირორჟანგს მხოლოდ ერთხელ, ხოლო C4 მცენარეები ორჯერ აფიქსირებენ ნახშირორჟანგს. ამ ფაქტის გამო, C ასიმილაცია ნაკლებია C3 მცენარეებში, ხოლო C ასიმილაცია მაღალია C4 მცენარეებში. არა მხოლოდ ეს, C4 მცენარეებს შეუძლიათ განახორციელონ ფოტოსინთეზი, როდესაც სტომატები დახურულია და ძალიან მაღალი სინათლის კონცენტრაციით და დაბალი CO2 კონცენტრაციით. თუმცა, C3 მცენარეებს არ შეუძლიათ განახორციელონ ფოტოსინთეზი, როდესაც სტომატები დახურულია და ძალიან მაღალი სინათლის კონცენტრაციით და დაბალი CO2 კონცენტრაციით.აქედან გამომდინარე, ეს ასევე მნიშვნელოვანი განსხვავებაა C3 და C4 მცენარეებს შორის. გარდა ამისა, C3 მცენარეები და C4 მცენარეები განსხვავდებიან ნახშირორჟანგის პირველი მიმღებისგან. RuBP არის CO2 მიმღები C3 მცენარეებში, ხოლო PEP არის პირველი CO2 მიმღები C4 მცენარეებში..
რეზიუმე – C3 vs C4 მცენარეები
C3 და C4 მცენარეების ორი სახეობაა. C3 მცენარეები ძალიან გავრცელებულია, ხოლო C4 მცენარეები ძალიან იშვიათია. C3 და C4 მცენარეებს შორის ძირითადი განსხვავება დამოკიდებულია ნახშირბადის პირველ პროდუქტზე, რომელსაც ისინი აწარმოებენ ბნელი რეაქციის დროს. C3 მცენარეები ახორციელებენ კალვინის ციკლს და აწარმოებენ სამნახშირბადიან ნაერთს, როგორც პირველ სტაბილურ პროდუქტს, ხოლო C4 მცენარეები ახორციელებენ C4 მექანიზმს და აწარმოებენ ოთხ ნახშირბადოვან ნაერთს, როგორც პირველ სტაბილურ პროდუქტს. გარდა ამისა, C3 მცენარეები აჩვენებენ ნაკლებ ფოტოსინთეზურ ეფექტურობას, ხოლო C4 მცენარეები აჩვენებენ მაღალ ფოტოსინთეზურ ეფექტურობას.უფრო მეტიც, C3 მცენარეებს არ აქვთ კრანცის ანატომია ფოთლებში და ასევე მათ არ აქვთ ორი ტიპის ქლოროპლასტები. თავის მხრივ, C4 მცენარეებს აქვთ ფოთლებში კრანცის ანატომია და ასევე აქვთ ორი ტიპის ქლოროპლასტები. ამრიგად, ეს არის C3 და C4 მცენარეების შეჯამება.
