С3 және С4 өсімдіктерінің негізгі айырмашылығы мынада: С3 өсімдіктері қараңғы реакцияның бірінші тұрақты өнімі ретінде үш көміртекті қосылыс түзеді, ал C4 өсімдіктері төрт көміртекті қосылысты түзеді. қараңғы реакция.
Фотосинтез - көмірқышқыл газы мен суды өсімдіктердегі, балдырлардағы және цианобактериялардағы энергияға бай қантқа айналдыратын жеңіл процесс. Фотосинтездің жарық реакциясы кезінде су молекулаларының фотолизі жүреді. Судың фотолизі нәтижесінде жанама өнім ретінде оттегі бөлінеді. Жарық реакциясынан кейін қараңғы реакция басталады және көмірқышқыл газын бекіту арқылы көмірсуларды синтездейді. Дегенмен, жарық реакциясынан пайда болған оттегі қараңғы реакцияның негізгі ферменті RuBP оксигеназа-карбоксилазамен (Рубиско) байланысып, фототыныс алуды жүзеге асыра алады. Фототыныс алу - энергияны ысырап ететін және көмірсулар синтезін төмендететін процесс. Сондықтан фототыныс алудың алдын алу үшін оттегінің Рубискомен кездесуін болдырмау үшін өсімдіктерде қараңғы реакцияның пайда болуының үш түрлі жолы бар. Демек, қараңғы реакцияның жүру жолына қарай өсімдіктердің 3 түрі бар; атап айтқанда, C3 өсімдіктері, C4 өсімдіктері және CAM өсімдіктері.
С3 өсімдіктері дегеніміз не?
Жер бетіндегі өсімдіктердің шамамен 95% C3 өсімдіктері. Атауынан көрініп тұрғандай, олар Кальвин циклі болып табылатын C3 фотосинтетикалық механизмін жүзеге асырады. C3 фотосинтезі шамамен 3,5 миллиард жыл бұрын пайда болған деп саналады. Бұл өсімдіктер негізінен ағаш және дөңгелек жапырақты өсімдіктер. Бұл өсімдіктерде көміртегінің фиксациясы эпидермистің дәл астында орналасқан мезофилл жасушаларында жүреді.
Көмірқышқыл газы атмосферадан устьица арқылы мезофилл жасушаларына түседі. Содан кейін қараңғы реакция басталады. Бірінші реакция көмірқышқыл газын рибулоза бисфосфатымен үш көміртекті қосылыс болып табылатын фосфоглицератқа бекіту болып табылады. Шын мәнінде, бұл C3 зауыттарының бірінші тұрақты өнімі. Рибулоза бисфосфат карбоксилаза (Рубиско) өсімдіктердегі осы карбоксилдену реакциясын катализдейтін фермент. Сол сияқты, Кальвин циклі көмірсулар өндіру кезінде циклдік түрде жүреді.
01-сурет: C3 өсімдіктер
С4 өсімдіктерімен салыстырғанда, C3 өсімдіктері фотосинтетикалық механизмі бойынша тиімсіз. Бұл С3 өсімдіктерінде фототыныс алудың пайда болуына байланысты. Фототыныс алу Рубиско ферментінің оксигеназа белсенділігіне байланысты болады. Рубисконың оттегімен қамтамасыз етілуі карбоксилдеуге қарама-қарсы бағытта жұмыс істейді, Кальвин циклімен бастапқыда бекітілген көміртектің көп мөлшерін үлкен шығынға жұмсау арқылы фотосинтезді тиімді түрде жояды және көмірқышқыл газын бекітетін жасушалардан көмірқышқыл газының жоғалуына әкеледі. Сол сияқты, оттегімен және көмірқышқыл газымен әрекеттесу Рубискодағы бір жерде болады. Бұл бәсекелес реакциялар әдетте 3:1 (көміртек: оттегі) қатынасында жүреді. Осылайша, фототыныс алу оттегін тұтынатын және көмірқышқыл газын бөлетін жеңіл ынталандырылған процесс екені анық.
С4 өсімдіктері дегеніміз не?
C4 өсімдіктері құрғақ және жоғары температуралы аймақтарда кездеседі. Өсімдік түрлерінің шамамен 1% С4 биохимиясына ие. C4 өсімдіктерінің кейбір мысалдары жүгері мен қант қамысы болып табылады. Атауынан көрініп тұрғандай, бұл өсімдіктер C4 фотосинтетикалық механизмін жүзеге асырады. C4 фотосинтезі шамамен 12 миллион жыл бұрын пайда болған деп есептеледі; С3 механизмінің эволюциясынан көп уақыт өткен соң. C4 өсімдіктері қазір жақсырақ бейімделуі мүмкін, өйткені қазіргі көмірқышқыл газының деңгейі 100 миллион жыл бұрынғыдан әлдеқайда төмен.
C4 өсімдіктері көмірқышқыл газын ұстауда әлдеқайда тиімді. Сонымен қатар, C4 фотосинтезі монокотты және қос жарнақты түрлерде кездеседі. С3 өсімдіктерінен айырмашылығы, фотосинтез кезінде түзілетін бірінші тұрақты өнім төрт көміртекті қосылыс болып табылатын оксалосірке қышқылы болып табылады. Ең бастысы, бұл өсімдіктердің жапырақтары «Кранц анатомиясы» деп аталатын анатомияның ерекше түрін көрсетеді. Тамырлар шоғырларының айналасында хлоропластары бар қабықша жасушаларының шеңбері бар, олар арқылы C4 өсімдіктерін анықтауға болады.
02-сурет: C4 өсімдіктер
Бұл жолда көмірқышқыл газының фиксациясы екі рет жүреді. Мезофилл жасушаларының цитоплазмасында CO2 алдымен негізгі акцептор ретінде әрекет ететін фосфоэнолпируватпен (ПЭП) бекітіледі. Реакцияны PEP карбоксилаза ферменті катализдейді. Содан кейін PEP малатқа, содан кейін пируватқа айналады CO2 Және бұл CO2 қайтадан екінші рет Рибулоза бисфосфатымен бекітіліп, 2 түзеді. Кальвин циклін жүзеге асыру үшін фосфоглицерат.
C3 және C4 өсімдіктерінің қандай ұқсастықтары бар?
- C3 және C4 өсімдіктерінің екеуі де көмірқышқыл газын түзеді және көмірсулар шығарады.
- Олар қараңғы реакция жасайды.
- Сонымен қатар өсімдіктердің екі түрі де бірдей жарық реакциясын орындайды.
- Сонымен қатар оларда фотосинтезді жүзеге асыратын хлоропласттары бар.
- Олардың фотосинтетикалық теңдеуі ұқсас.
- Сонымен қатар, RuBP өсімдіктердің екі түрінің де қараңғы реакциясына қатысады.
- Екі өсімдік те фосфоглицерат шығарады.
C3 және C4 өсімдіктерінің айырмашылығы неде?
C3 өсімдіктері қараңғы реакцияның бірінші тұрақты өнімі ретінде фосфоглицерин қышқылын шығарады. Бұл үш көміртекті қосылыс. Екінші жағынан, C4 өсімдіктері қараңғы реакцияның бірінші тұрақты өнімі ретінде оксало-сірке қышқылын шығарады. Бұл төрт көміртекті қосылыс. Сондықтан бұл C3 және C4 өсімдіктері арасындағы негізгі айырмашылық.
Сонымен қатар, C3 өсімдіктерінің фотосинтетикалық тиімділігі С4 өсімдіктерінің фотосинтетикалық тиімділігінен төмен. Бұл C3 өсімдіктерінде байқалатын фототыныс алумен байланысты, ал С4 өсімдіктерінде шамалы. Осылайша, бұл C3 және C4 өсімдіктерінің тағы бір айырмашылығы. Құрылымдық айырмашылықтарды қарастырғанда, C3 өсімдіктерінде хлоропласттардың екі түрі және жапырақтарда Кранц анатомиясы жоқ. Екінші жағынан, C4 өсімдіктерінде хлоропласттардың екі түрі бар және олар жапырақтарда Кранц анатомиясын көрсетеді. Демек, бұл C3 және C4 өсімдіктерінің арасындағы айырмашылық.
Сонымен қатар, C3 және C4 өсімдіктерінің тағы бір айырмашылығы мынада: C3 зауыттары көмірқышқыл газын бір рет, ал C4 зауыттары көмірқышқыл газын екі рет бекітеді. Осыған байланысты C ассимиляциясы С3 өсімдіктерінде аз, ал С4 өсімдіктерінде С ассимиляциясы жоғары. Бұл ғана емес, C4 өсімдіктері устьица жабық және өте жоғары жарық концентрациясы және төмен CO2 концентрация кезінде фотосинтез жүргізе алады. Алайда, С3 өсімдіктері устьица жабық және өте жоғары жарық концентрациясы және төмен CO2 концентрация кезінде фотосинтез жүргізе алмайды. Сондықтан бұл C3 және C4 өсімдіктері арасындағы айтарлықтай айырмашылық. Сонымен қатар, C3 және C4 өсімдіктері бірінші көмірқышқыл газын қабылдаушыдан ерекшеленеді. RuBP - C3 зауыттарында CO2 қабылдаушы, ал PEP - C4 зауыттарындағы бірінші CO2 қабылдаушы.
Қорытынды – C3 және C4 өсімдіктері
C3 және C4 өсімдіктердің екі түрі. C3 өсімдіктері өте кең таралған, ал С4 өсімдіктері өте сирек кездеседі. C3 және C4 өсімдіктерінің арасындағы негізгі айырмашылық олар қараңғы реакция кезінде шығаратын бірінші көміртегі өніміне байланысты. C3 зауыттары Кальвин циклін жүзеге асырады және бірінші тұрақты өнім ретінде үш көміртекті қосылысты шығарады, ал C4 зауыттары C4 механизмін орындайды және бірінші тұрақты өнім ретінде төрт көміртекті қосылысты шығарады. Сонымен қатар, C3 өсімдіктері фотосинтетикалық тиімділікті аз көрсетеді, ал C4 өсімдіктері жоғары фотосинтетикалық тиімділікті көрсетеді. Сонымен қатар, C3 өсімдіктерінің жапырақтарында Кранц анатомиясы жоқ, сонымен қатар хлоропласттардың екі түрі жоқ. Екінші жағынан, C4 өсімдіктерінің жапырақтарында Кранц анатомиясы бар, сонымен қатар хлоропласттардың екі түрі бар. Осылайша, бұл C3 және C4 өсімдіктерінің қысқаша мазмұны.
