Sự khác biệt giữa thực vật C3 và C4

Các sự khác biệt chính giữa thực vật C3 và C4 là thực vật C3 tạo thành hợp chất ba carbon là sản phẩm ổn định đầu tiên của phản ứng tối trong khi thực vật C4 tạo thành hợp chất bốn carbon là sản phẩm ổn định đầu tiên của phản ứng tối.

Quang hợp là một quá trình điều khiển bằng ánh sáng, chuyển đổi carbon dioxide và nước thành các loại đường giàu năng lượng trong thực vật, tảo và vi khuẩn lam. Trong quá trình phản ứng ánh sáng của quang hợp, quá trình quang phân của các phân tử nước xảy ra. Kết quả của quá trình quang phân nước, oxy giải phóng dưới dạng sản phẩm phụ. Sau phản ứng ánh sáng, phản ứng tối bắt đầu và nó tổng hợp carbohydrate bằng cách cố định carbon dioxide. Tuy nhiên, oxy được tạo ra từ phản ứng ánh sáng có thể liên kết với enzyme chính của phản ứng tối đó là RuBP oxyase-carboxylase (Rubisco) và thực hiện phản ứng hấp thụ ánh sáng. Xông hơi là một quá trình lãng phí năng lượng và giảm tổng hợp carbohydrate. Do đó, để ngăn chặn sự phát quang, có ba cách khác nhau mà phản ứng tối xảy ra ở thực vật để ngăn chặn sự gặp gỡ của oxy với Rubisco. Do đó, tùy thuộc vào cách xảy ra phản ứng tối, có 3 loại thực vật; cụ thể là thực vật C3, thực vật C4 và thực vật CAM.

NỘI DUNG

1. Tổng quan và sự khác biệt chính
2. Thực vật C3 là gì?
3. Cây C4 là gì?
4. Điểm tương đồng giữa thực vật C3 và C4
5. So sánh cạnh nhau - Thực vật C3 vs C4 ở dạng bảng
6. Tóm tắt

Cây C3 là gì??

Khoảng 95% thực vật trên trái đất là thực vật C3. Như tên gọi, họ thực hiện cơ chế quang hợp C3 là chu trình Calvin. Quang hợp C3 được cho là đã phát sinh gần 3,5 tỷ năm trước. Những cây này chủ yếu là cây thân gỗ và lá tròn. Ở những thực vật này, quá trình cố định carbon diễn ra trong các tế bào trung mô nằm ngay dưới lớp biểu bì.

Carbon dioxide đi vào từ khí quyển đến các tế bào trung mô thông qua khí khổng. Rồi phản ứng đen tối bắt đầu. Phản ứng đầu tiên là cố định carbon dioxide với Ribulose bisphosphate thành phosphoglycerate là một hợp chất ba carbon. Trên thực tế, nó là sản phẩm ổn định đầu tiên của các nhà máy C3. Ribulose bisphosphate carboxylase (Rubisco) là enzyme xúc tác phản ứng carboxyl hóa này ở thực vật. Tương tự như vậy, chu trình Calvin xảy ra theo chu kỳ trong khi sản xuất carbohydrate.

Hình 01: Cây C3

So với thực vật C4, thực vật C3 không hiệu quả về cơ chế quang hợp của chúng. Đó là do sự xuất hiện của hiện tượng quang dẫn ở thực vật C3. Sự phát quang xảy ra do hoạt động oxyase của enzyme Rubisco. Quá trình oxy hóa của Rubisco hoạt động theo hướng ngược lại với quá trình carboxyl hóa, hoàn thành quá trình quang hợp bằng cách lãng phí một lượng lớn carbon ban đầu được cố định bởi chu trình Calvin với chi phí lớn và dẫn đến mất carbon dioxide từ các tế bào đang cố định carbon dioxide. Tương tự như vậy, tương tác với oxy và carbon dioxide xảy ra tại cùng một địa điểm trên Rubisco. Những phản ứng cạnh tranh này thường chạy theo tỷ lệ 3: 1 (carbon: oxy). Vì vậy, rõ ràng rằng sự hấp thụ ánh sáng là một quá trình kích thích ánh sáng tiêu thụ oxy và phát triển carbon dioxide.

Cây C4 là gì?

Cây C4 có mặt ở khu vực khô và nhiệt độ cao. Khoảng 1% các loài thực vật có sinh hóa C4. Một số ví dụ về cây C4 là ngô và mía. Như tên gọi, các nhà máy này thực hiện cơ chế quang hợp C4. Quang hợp C4 được cho là đã phát sinh gần 12 triệu năm trước; rất lâu sau sự phát triển của cơ chế C3. Các nhà máy C4 có thể thích nghi tốt hơn bây giờ, vì mức độ carbon dioxide hiện tại thấp hơn nhiều so với 100 triệu năm trước.

Thực vật C4 hiệu quả hơn nhiều trong việc thu giữ carbon dioxide. Hơn nữa, quang hợp C4 được tìm thấy ở cả hai loài monocot và dicot. Trái ngược với thực vật C3, sản phẩm ổn định đầu tiên được hình thành trong quá trình quang hợp là axit oxaloacetic, là một hợp chất bốn carbon. Quan trọng nhất, lá của những cây này cho thấy một loại giải phẫu đặc biệt có tên là Kr Kr Anat Anatomy. Có một vòng tròn các tế bào vỏ bọc với lục lạp xung quanh các bó mạch bằng cách xác định thực vật C4.

Hình 02: Cây C4

Trong con đường này, cố định carbon dioxide xảy ra hai lần. Trong tế bào chất trung mô tế bào, CO₂ sửa lỗi đầu tiên với phosphoenolpyruvate (PEP), hoạt động như một chất nhận chính. Phản ứng được xúc tác bởi enzyme PEP carboxylase. Sau đó PEP chuyển đổi thành malate và sau đó thành CO giải phóng pyruvate₂. Và, CO này₂ một lần nữa sửa chữa lần thứ hai với Ribulose bisphosphate, để tạo thành 2 phosphoglycerate để thực hiện chu trình Calvin.

Điểm giống nhau giữa thực vật C3 và C4?

• Cả hai nhà máy C3 và C4 đều cố định carbon dioxide và sản xuất carbohydrate.
• Họ thực hiện một phản ứng đen tối.
• Ngoài ra, cả hai loại thực vật đều thực hiện phản ứng ánh sáng giống nhau.
• Hơn nữa, họ có lục lạp để thực hiện quang hợp.
• Phương trình quang hợp của chúng là tương tự.
• Hơn nữa, RuBP liên quan đến phản ứng đen tối của cả hai loại thực vật.
• Cả hai nhà máy sản xuất phosphoglycerate.

Sự khác biệt giữa thực vật C3 và C4 là gì?

Thực vật C3 sản xuất axit photphoglyceric là sản phẩm ổn định đầu tiên của phản ứng tối. Nó là một hợp chất ba carbon. Mặt khác, thực vật C4 tạo ra axit oxalo-acetic là sản phẩm ổn định đầu tiên của phản ứng tối. Nó là một hợp chất bốn carbon. Do đó, đây là sự khác biệt chính giữa thực vật C3 và C4.

Hơn nữa, hiệu quả quang hợp của thực vật C3 thấp hơn hiệu quả quang hợp của thực vật C4. Điều này là do sự quang dẫn thấy ở thực vật C3 không đáng kể ở thực vật C4. Vì vậy, nó là một sự khác biệt khác giữa thực vật C3 và C4. Khi xem xét sự khác biệt về cấu trúc, thực vật C3 không có hai loại lục lạp và giải phẫu Kranz trong lá. Mặt khác, thực vật C4 có hai loại lục lạp và chúng cho thấy giải phẫu Kranz ở lá. Do đó, nó cũng là một sự khác biệt giữa thực vật C3 và C4.

Hơn nữa, một sự khác biệt nữa giữa các nhà máy C3 và C4 là các nhà máy C3 chỉ cố định carbon dioxide một lần trong khi các nhà máy C4 cố định carbon dioxide hai lần. Do thực tế này, sự đồng hóa C ít hơn ở thực vật C3 trong khi đồng hóa C cao ở thực vật C4. Không chỉ vậy, thực vật C4 có thể tiến hành quang hợp khi khí khổng bị đóng và dưới nồng độ ánh sáng rất cao và CO thấp₂ nồng độ. Tuy nhiên, thực vật C3 không thể thực hiện quang hợp khi khí khổng bị đóng và dưới nồng độ ánh sáng rất cao và CO thấp₂ nồng độ. Do đó, đây cũng là một sự khác biệt đáng kể giữa thực vật C3 và C4. Hơn nữa, thực vật C3 và thực vật C4 khác với chất nhận carbon dioxide đầu tiên. RuBP là CO₂ chấp nhận trong các nhà máy C3 trong khi PEP là CO đầu tiên₂ chấp nhận trong các nhà máy C4.

Tóm tắt - Cây C3 vs C4

C3 và C4 là hai loại thực vật. Cây C3 rất phổ biến trong khi cây C4 rất hiếm. Sự khác biệt chính giữa các nhà máy C3 và C4 phụ thuộc vào sản phẩm carbon đầu tiên mà chúng tạo ra trong phản ứng tối. Các nhà máy C3 thực hiện chu trình Calvin và sản xuất hợp chất ba carbon là sản phẩm ổn định đầu tiên trong khi các nhà máy C4 thực hiện cơ chế C4 và sản xuất bốn hợp chất carbon là sản phẩm ổn định đầu tiên. Hơn nữa, thực vật C3 cho thấy hiệu quả quang hợp ít hơn trong khi thực vật C4 cho thấy hiệu quả quang hợp cao. Hơn nữa, thực vật C3 không có giải phẫu Kranz trong lá và chúng cũng không có hai loại lục lạp. Mặt khác, thực vật C4 có giải phẫu Kranz trong lá của chúng, và chúng cũng có hai loại lục lạp. Vì vậy, đây là tóm tắt của thực vật C3 và C4.

Tài liệu tham khảo:

1. Szczepanik, et al. Ban về cơ chế trao đổi trung gian quang hợp C 4 giữa tế bào Kranz Mesophyll và tế bào vỏ bọc trong cỏ. OUP Học thuật, Nhà xuất bản Đại học Oxford, 28 tháng 3 năm 2008 
2. Học.com, Học.com. Có sẵn ở đây 

Hình ảnh lịch sự:

1. Sơ đồ quang hóa đơn giản hóa đơn giản của BY By Rachel Purdon - Công việc riêng, (CC BY-SA 3.0) qua Commons Wikimedia 
2. Trực tiếp hatchSlackpathway2 "Bởi Adenosine (thảo luận) - HatchSlackpathway.svg, (CC BY-SA 2.5) qua Commons Wikimedia