تفاوت گیاهان c3 و c4 و cam (2 نکته مهم)

تفاوت گیاهان C3 و C4 و CAM

تفاوت اصلی گیاهان C3 و C4 در این است که گیاهان C3 یک ترکیب سه کربنی به عنوان اولین محصول پایدار در واکنش تاریکی تولید می‌کنند، در حالی که گیاهان C4 یک ترکیب چهار کربنی را به عنوان اولین محصول پایدار در این واکنش تولید می‌کنند.

فتوسنتز یک فرآیند است که در آن دی‌اکسید کربن و آب به قندهایی با انرژی بالا در گیاهان، جلبک‌ها و سیانوباکتری‌ها تبدیل می‌شود. در این فرآیند، مولکول‌های آب شکسته می‌شوند و اکسیژن به عنوان محصول فرعی آزاد می‌شود. بعد از واکنش نوری، واکنش تاریک شروع می‌شود و دی‌اکسید کربن به کربوهیدرات‌ها تبدیل می‌شود.

با این حال، اکسیژن تولید شده در واکنش نوری می‌تواند به آنزیم اصلی در واکنش تاریک، یعنی روبیسکو، متصل شود و باعث تنفس شود. تنفس فرایندی است که انرژی را هدر می‌دهد و تولید کربوهیدرات‌ها را کاهش می‌دهد. بنابراین برای جلوگیری از این تنفس، سه روش مختلف وجود دارد که به موجب آن واکنش تاریک در گیاهان انجام می‌شود تا از برخورد اکسیژن با روبیسکو جلوگیری شود. به همین دلیل، طبق نحوه انجام واکنش تاریک، سه نوع گیاه وجود دارد: گیاهان C3، گیاهان C4 و گیاهان CAM.

گیاهان C3 چیست؟

حدود 95٪ از گیاهان روی زمین از نوع C3 هستند. همانطور که از نامش مشخص است، این گیاهان از سیستم فتوسنتزی C3 (که به آن چرخه کالوین هم گفته می‌شود) استفاده می‌کنند. تصور می‌شود که این نوع فتوسنتز تقریبا 3.5 میلیارد سال پیش ایجاد شده است. بیشتر این گیاهان چوبی و دارای برگ‌های گرد هستند. در این گیاهان، تثبیت کربن در سلول‌های مزوفیل که درست زیر لایه اپیدرم قرار دارند، انجام می‌شود.

دی‌اکسید کربن از هوا به داخل سلول‌های مزوفیل از طریق روزنه‌ها وارد می‌شود و سپس واکنش تاریک شروع می‌شود. اولین واکنش تثبیت دی‌اکسید کربن با ریبولوز بیس فسفات به فسفوگلیسرات (یک ترکیب سه کربنی) است. در واقع، این اولین محصول پایدار در گیاهان C3 است. آنزیم ریبولوز بیس فسفات کاربوکسیلاز (Rubisco) این واکنش را کاتالیز می‌کند. به همین ترتیب، چرخه کالوین برای تولید کربوهیدرات‌ها به صورت چرخه‌ای انجام می‌شود.

در مقایسه با گیاهان C4، گیاهان C3 از نظر مکانیسم فتوسنتز کارآمد نیستند. این به خاطر روند تنفس نوری در گیاهان C3 است، که به علت فعالیت اکسیژناز آنزیم روبیسکو رخ می‌دهد.

واکنش‌های رقابتی معمولاً با نسبت 3:1 (کربن: اکسیژن) صورت می‌گیرد. بنابراین، به وضوح مشخص است که تنفس نوری یک فرایند عمل‌کردی است که اکسیژن مصرف و دی‌اکسید کربن آزاد می‌کند.

گیاهان C4 چیست؟

گیاهان C4 معمولاً در مناطق خشک و با دماهای بالاتر یافت می‌شوند. تنها حدود 1٪ از گونه‌های گیاهی دارای سیستم بیوشیمی C4 هستند. نمونه‌هایی از گیاهان C4 شامل ذرت و نیشکر است. این گیاهان از سیستم فتوسنتزی C4 استفاده می‌کنند.

پیش‌بینی می‌شود که فتوسنتز C4 حدود 12 میلیون سال پیش ایجاد شده است، که بعد از مکانیسم C3 توسعه یافته است و اکنون بهتر با شرایط موجود سازگار است، زیرا سطح دی‌اکسید کربن فعلی نسبت به 100 میلیون سال پیش بسیار پایین‌تر است.

گل‌های C4 در جذب دی‌اکسید کربن بسیار کارآمدتر هستند. همچنین، فتوسنتز C4 در گیاهان مونوکوت و دوکوت قابل مشاهده است.

“`

در گیاهان C4، محصول اولیه‌ای که در فرآیند فتوسنتز تولید می‌شود، اسید اگزالواستریک است که این ترکیب چهار کربنی است. برخلاف گیاهان C3 که این نوع محصول را ندارند، گیاهان C4 ویژگی خاصی به نام “آناتومی کرانز” دارند. در این گیاهان، دایره‌ای از سلول‌های خاص به دور دسته‌های عروقی وجود دارد که مشخصه گیاهان C4 است.

در پروسه فتوسنتز در گیاهان C4، دی‌اکسید کربن دو بار تثبیت می‌شود. ابتدا در سیتوپلاسم سلول‌های مزوفیلی، CO2 با ترکیبی به نام فسفینولپیروات (PEP) ترکیب می‌شود، که این ترکیب به عنوان پذیرنده اولیه عمل می‌کند. این واکنش توسط آنزیم PEP کربوکسیلاز انجام می‌شود. سپس PEP به مالات و بعد به پیروات تبدیل می‌شود که در این مرحله CO2 دوباره آزاد می‌شود. این CO2 سپس دوباره با Ribulose bisphosphate ترکیب می‌شود تا دو فسفوگلیسیرات برای چرخه کالوین تولید شوند.

چه شباهت‌هایی بین گیاهان C3 و C4 وجود دارد؟

گیاهان C3 و C4 هر دو دی اکسید کربن را جذب کرده و کربوهیدرات تولید می‌کنند. آنها یک واکنش تاریک دارند و هر دو نوع گیاه در فرآیند نور، واکنش مشابهی انجام می‌دهند. همچنین هر دو نوع گیاه دارای کلروپلاست برای انجام فتوسنتز هستند.

معادله فتوسنتزی آنها نیز مشابه است. در هر دو نوع گیاه، RuBP در واکنش تاریک نقشی اساسی دارد و هر دو گیاه فسفوگلیسرات تولید می‌کنند.

تفاوت بین گیاهان C3 و C4 چیست؟

گیاهان C3 اولین محصول پایدار از واکنش تاریک را به صورت اسید فسفوگلیسریک که ترکیب سه کربنی است، تولید می‌کنند. اما گیاهان C4 این محصول را به شکل اسید اگزالو استیک که ترکیب چهار کربنی است، تولید می‌کنند. این تفاوت، مهم‌ترین تمایز بین این دو نوع گیاه است.

علاوه بر این، کارایی فتوسنتز در گیاهان C3 نسبت به گیاهان C4 کمتر است. این به دلیل تنفس در موقعیت نوری است که در گیاهان C4 کمتر مشاهده می‌شود. همچنین، گیاهان C3 دارای دو نوع کلروپلاست و آناتومی کرانز در برگ‌های خود نیستند، در حالی که گیاهان C4 این ویژگی‌ها را دارند. به همین دلیل، این هم یکی از تفاوت‌های مهم بین گیاهان C3 و C4 است.

تفاوت دیگری نیز وجود دارد. گیاهان C3 تنها یک بار دی‌اکسید کربن را تثبیت می‌کنند در حالی که گیاهان C4 این کار را دو بار انجام می‌دهند. به همین خاطر، مقدار کربن جذب شده در گیاهان C3 کمتر از گیاهان C4 است. گیاهان C4 حتی در زمانی که روزنه‌ها بسته می‌شوند و تحت نور شدید و غلظت کم CO2 هستند، می‌توانند فتوسنتز کنند.

اما گیاهان C3 نمی‌توانند فتوسنتز را در این شرایط انجام دهند. این نیز تفاوت مهمی بین گیاهان C3 و C4 است. علاوه بر این، گیاهان C3 و C4 در نوع پذیرنده دی‌اکسید کربن نیز تفاوت دارند. RuBP پذیرا دی‌اکسید کربن در گیاهان C3 است، در حالی که PEP پذیرنده اولیه دی‌اکسید کربن در گیاهان C4 است.

مقایسه فتوسنتز در گیاهان C3، C4 و CAM