Ključna razlika med rastlinami C3 in C4 je, da rastline C3 tvorijo spojino s tremi ogljiki kot prvi stabilni produkt temne reakcije, medtem ko rastline C4 tvorijo spojino s štirimi ogljiki kot prvi stabilni produkt temna reakcija.
Fotosinteza je svetlobni proces, ki pretvori ogljikov dioksid in vodo v energetsko bogate sladkorje v rastlinah, algah in cianobakterijah. Med svetlobno reakcijo fotosinteze pride do fotolize vodnih molekul. Kot rezultat fotolize vode se kot stranski produkt sprosti kisik. Po svetlobni reakciji se začne temna reakcija in sintetizira ogljikove hidrate s fiksiranjem ogljikovega dioksida. Vendar pa se lahko kisik, ki nastane pri svetlobni reakciji, veže na glavni encim temne reakcije, ki je RuBP oksigenaza-karboksilaza (Rubisco), in izvede fotorespiracijo. Fotorespiracija je proces, ki zapravlja energijo in zmanjšuje sintezo ogljikovih hidratov. Zato, da bi preprečili fotorespiracijo, obstajajo trije različni načini, da pride do temne reakcije v rastlinah, da se prepreči srečanje kisika z Rubiscom. Torej, glede na način, kako poteka temna reakcija, obstajajo 3 vrste rastlin; in sicer rastline C3, rastline C4 in rastline CAM.
Kaj so rastline C3?
Približno 95 % rastlin na zemlji je rastlin C3. Kot že ime pove, izvajajo fotosintetski mehanizem C3, ki je Calvinov cikel. Fotosinteza C3 naj bi se pojavila pred skoraj 3,5 milijarde let. Te rastline so večinoma olesenele in okroglolistne. Pri teh rastlinah poteka fiksacija ogljika v mezofilnih celicah, ki so tik pod povrhnjico.
Ogljikov dioksid vstopa iz ozračja v mezofilne celice skozi želodce. Nato se začne temna reakcija. Prva reakcija je vezava ogljikovega dioksida z ribulozo bisfosfatom v fosfoglicerat, ki je spojina s tremi ogljikovimi hidrati. Pravzaprav je to prvi stabilen proizvod tovarn C3. Ribuloza bisfosfat karboksilaza (Rubisco) je encim, ki katalizira to reakcijo karboksilacije v rastlinah. Podobno se Calvinov cikel pojavlja ciklično med proizvodnjo ogljikovih hidratov.
Slika 01: Rastline C3
V primerjavi z rastlinami C4 so rastline C3 neučinkovite glede mehanizma fotosinteze. To je zaradi pojava fotorespiracije v rastlinah C3. Fotorespiracija nastane zaradi oksigenazne aktivnosti encima Rubisco. Oksigenacija Rubisca deluje v nasprotni smeri od karboksilacije, učinkovito izniči fotosintezo z zapravljanjem velikih količin ogljika, prvotno vezanega s Calvinovim ciklom, z velikimi stroški, in povzroči izgubo ogljikovega dioksida iz celic, ki vežejo ogljikov dioksid. Podobno pride do interakcije s kisikom in ogljikovim dioksidom na istem mestu na Rubiscu. Te konkurenčne reakcije običajno potekajo v razmerju 3:1 (ogljik:kisik). Tako je jasno, da je fotorespiracija svetlobno stimuliran proces, ki porablja kisik in sprošča ogljikov dioksid.
Kaj so rastline C4?
C4 rastline so prisotne v suhih in visokotemperaturnih območjih. Približno 1 % rastlinskih vrst ima biokemijo C4. Nekaj primerov rastlin C4 sta koruza in sladkorni trs. Kot že ime pove, te rastline izvajajo fotosintetski mehanizem C4. Fotosinteza C4 naj bi se pojavila pred skoraj 12 milijoni let; dolgo po razvoju mehanizma C3. Rastline C4 so zdaj morda bolje prilagojene, saj so trenutne ravni ogljikovega dioksida precej nižje kot pred 100 milijoni let.
C4 rastline so veliko učinkovitejše pri zajemanju ogljikovega dioksida. Poleg tega najdemo fotosintezo C4 pri enokaličnicah in dvokaličnicah. V nasprotju s C3 rastlinami je prvi stabilen produkt, ki nastane med fotosintezo, oksaloocetna kislina, ki je spojina s štirimi ogljiki. Najpomembneje je, da listi teh rastlin kažejo posebno vrsto anatomije, imenovano "Kranzova anatomija". Okoli žilnih snopov je krog snopov celic ovojnice s kloroplasti, po katerih je mogoče prepoznati rastline C4.
Slika 02: Rastline C4
Na tej poti pride do fiksacije ogljikovega dioksida dvakrat. V citoplazmi mezofilne celice se CO2 najprej fiksira s fosfoenolpiruvatom (PEP), ki deluje kot primarni akceptor. Reakcijo katalizira encim PEP karboksilaza. Nato se PEP pretvori v malat in nato v piruvat, ki sprosti CO2 In ta CO2 spet drugič popravi z ribulozo bisfosfatom, da nastane 2 fosfoglicerat za izvedbo Calvinovega cikla.
Kakšne so podobnosti med rastlinama C3 in C4?
- Rastline C3 in C4 vežejo ogljikov dioksid in proizvajajo ogljikove hidrate.
- Izvedejo temno reakcijo.
- Poleg tega obe vrsti rastlin izvajata enako svetlobno reakcijo.
- Poleg tega imajo kloroplaste za izvajanje fotosinteze.
- Njihova enačba fotosinteze je podobna.
- Poleg tega RuBP vključuje temno reakcijo obeh vrst rastlin.
- Obe rastlini proizvajata fosfoglicerat.
Kakšna je razlika med rastlinama C3 in C4?
Rastline C3 proizvajajo fosfoglicerinsko kislino kot prvi stabilni produkt temne reakcije. Je triogljikova spojina. Po drugi strani pa rastline C4 proizvajajo oksaloocetno kislino kot prvi stabilni produkt temne reakcije. Je štiriogljikova spojina. Zato je to ključna razlika med rastlinama C3 in C4.
Poleg tega je fotosintetska učinkovitost rastlin C3 manjša od fotosintetske učinkovitosti rastlin C4. To je posledica fotorespiracije, opažene pri rastlinah C3, ki je pri rastlinah C4 zanemarljiva. Tako je še ena razlika med rastlinami C3 in C4. Če upoštevamo strukturne razlike, rastline C3 nimajo dveh vrst kloroplastov in Kranzove anatomije v listih. Po drugi strani imajo rastline C4 dve vrsti kloroplastov in kažejo Kranzovo anatomijo v listih. Zato je tudi razlika med rastlinama C3 in C4.
Poleg tega je nadaljnja razlika med rastlinami C3 in C4 ta, da rastline C3 vežejo ogljikov dioksid samo enkrat, medtem ko rastline C4 vežejo ogljikov dioksid dvakrat. Zaradi tega dejstva je asimilacija C manjša v rastlinah C3, medtem ko je asimilacija C visoka v rastlinah C4. Ne le to, rastline C4 lahko izvajajo fotosintezo, ko so želodci zaprti in pod zelo visokimi koncentracijami svetlobe ter nizkimi koncentracijami CO2 . Vendar rastline C3 ne morejo izvajati fotosinteze, ko so želodci zaprti in pod zelo visokimi koncentracijami svetlobe ter nizkimi koncentracijami CO2 . Zato je tudi to pomembna razlika med rastlinama C3 in C4. Poleg tega se rastline C3 in rastline C4 razlikujejo od prvega sprejemnika ogljikovega dioksida. RuBP je akceptor CO2 v obratih C3, medtem ko je PEP prvi akceptor CO2 v obratih C4.
Povzetek – rastline C3 proti C4
C3 in C4 sta dve vrsti rastlin. Rastline C3 so zelo pogoste, medtem ko so rastline C4 zelo redke. Ključna razlika med rastlinami C3 in C4 je odvisna od prvega ogljikovega produkta, ki ga proizvedejo med temno reakcijo. Rastline C3 izvajajo Calvinov cikel in proizvajajo spojino s tremi ogljikovimi atomi kot prvi stabilni produkt, medtem ko rastline C4 izvajajo mehanizem C4 in proizvajajo spojino s štirimi ogljiki kot prvi stabilni produkt. Poleg tega imajo rastline C3 manj fotosintetske učinkovitosti, medtem ko rastline C4 kažejo visoko fotosintetsko učinkovitost. Poleg tega rastline C3 nimajo Kranzove anatomije v listih in tudi nimajo dveh vrst kloroplastov. Po drugi strani imajo rastline C4 Kranzovo anatomijo v listih in imajo tudi dve vrsti kloroplastov. To je torej povzetek rastlin C3 in C4.
