Sự đồng hóa carbon dioxide từ ánh sáng mặt trời, cho quá trình quang hợp và sau đó chuyển đổi nó thành glucose [năng lượng] tổng hợp sản phẩm khác nhau là sự khác biệt chính giữa ba. Vì vậy, trong quá trình cố định CO2, khi các nhà máy quang hợp tạo ra axit 3-phosphoglyceric [PGA] hoặc 3- carbon làm sản phẩm đầu tiên được gọi là con đường C3 .
Nhưng khi nhà máy quang hợp, trước khi đi vào con đường C3, sẽ tạo ra axit oxaloacetic [OAA] hoặc hợp chất 4-carbon như sản phẩm ổn định đầu tiên của chúng được gọi là con đường C4 hoặc nở và Slack . Nhưng khi thực vật hấp thụ năng lượng của ánh sáng mặt trời vào ban ngày và sử dụng năng lượng này để đồng hóa hoặc cố định carbon dioxide vào ban đêm được gọi là chuyển hóa axit crassulacean hoặc CAM .
Các thủ tục này được theo sau bởi thực vật, một số loài vi khuẩn và tảo để sản xuất năng lượng, không phụ thuộc vào môi trường sống của chúng. Sự tổng hợp năng lượng, sử dụng carbon dioxide và nước làm nguồn chính để thu được chất dinh dưỡng từ không khí và nước được gọi là quang hợp. Đây là quá trình chính cho sinh vật tự sản xuất thức ăn
Trong nội dung này, chúng tôi sẽ xem xét sự khác biệt thiết yếu giữa ba loại con đường theo sau là thực vật và một số vi sinh vật và một mô tả nhỏ về chúng.
Biểu đồ so sánh
| Định nghĩa | Những nhà máy có sản phẩm đầu tiên sau quá trình đồng hóa carbon từ ánh sáng mặt trời là phân tử 3 carbon hoặc axit 3-phosphoglyceric cho sản xuất năng lượng được gọi là thực vật C3, và con đường được gọi là con đường C3. Nó được sử dụng phổ biến nhất bởi thực vật. | Thực vật ở khu vực nhiệt đới, chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành phân tử carbon C4 hoặc axit oxaloacetice, diễn ra trước chu kỳ C3 và sau đó nó tiếp tục chuyển đổi thành năng lượng, được gọi là thực vật C4 và con đường được gọi là con đường C4. Điều này là hiệu quả hơn so với con đường C3. | Các nhà máy lưu trữ năng lượng từ mặt trời và sau đó chuyển đổi thành năng lượng vào ban đêm theo CAM hoặc axit crassulacean sự trao đổi chất. |
| Các tế bào liên quan | Tế bào trung mô. | Tế bào Mesophyll, tế bào vỏ bọc. | Cả C3 và C4 trong cùng một tế bào trung mô. |
| Thí dụ | Hướng dương, Rau bina, Đậu, Gạo, Bông. | Mía, Cao lương và Ngô. | Xương rồng, hoa lan. |
| Có thể nhìn thấy trong | Tất cả các nhà máy quang hợp. | Trong cây nhiệt đới | Điều kiện bán khô cằn. |
| Các loại cây sử dụng chu trình này | Mesophytic, kỵ nước, xerophytic. | Mesophytic. | Phẫu thuật. |
| Quang dẫn | Có mặt với tỷ lệ cao. | Không dễ dàng phát hiện. | Có thể phát hiện vào buổi chiều. |
| Để sản xuất glucose | Cần 12 NADPH và 18 ATP. | Cần 12 NADPH và 30 ATP. | Cần 12 NADPH và 39 ATP. |
| Sản phẩm ổn định đầu tiên | 3-phosphoglycerate [3-PGA]. | Oxaloacetate [OAA]. | Oxaloacetate [OAA] vào ban đêm, 3 PGA vào ban ngày. |
| Calvin chu kỳ phẫu thuật | Một mình. | Cùng với chu kỳ nở và Slack. | Chu kỳ C3 và nở và Slack. |
| Nhiệt độ tối ưu cho quang hợp | 15-25 ° C | 30-40 ° C | > 40 độ C |
| Enzyme carboxyl hóa | RuBP carboxylase. | Trong mesophil: PEP carboxylase. Trong vỏ bọc: RuBP carboxylase. | Trong bóng tối: PEP carboxylase. Trong ánh sáng: RUBP carboxylase. |
| Tỷ lệ CO2: ATP: NADPH2 | 1: 3: 2 | 1: 5: 2 | 1: 6, 5: 2 |
| Chấp nhận CO2 ban đầu | Ribulose-1, 5-biphophate [RuBP]. | Phosphoenolpyruvate [PEP]. | Phosphoenolpyruvate [PEP]. |
| Giải phẫu Kranz | Vắng mặt. | Hiện tại. | Vắng mặt. |
| Điểm bù CO2 [ppm] | 30-70. | 6-10. | 0-5 trong bóng tối. |
Cây C3 được gọi là cây mùa lạnh hoặc ôn đới . Chúng phát triển tốt nhất ở nhiệt độ tối ưu trong khoảng từ 65 đến 75 ° F với nhiệt độ đất phù hợp ở 40- 45 ° F. Những loại cây cho thấy hiệu quả l ess ở nhiệt độ cao .
Sản phẩm chính của thực vật C3 là axit 3-carbon hoặc axit 3-phosphoglyceric [PGA] . Đây được coi là sản phẩm đầu tiên trong quá trình cố định carbon dioxide. Con đường C3 hoàn thành trong ba bước: carboxyl hóa, khử và tái sinh.
Thực vật C3 giảm thành CO2 trực tiếp trong lục lạp. Với sự trợ giúp của ribulose biphosphate carboxylase [RuBPcase], hai phân tử axit 3-carbon hoặc axit 3-phosphoglyceric được sản xuất. 3- phosphoglyceric này biện minh cho tên của con đường là C3.
Trong một bước khác, NADPH và ATP phosphorylate để cung cấp 3-PGA và glucose. Và sau đó chu kỳ lại bắt đầu bằng cách tạo lại RuBP.
Con đường C3 là quá trình đơn bước, diễn ra trong lục lạp. Organelle này hoạt động như sự lưu trữ năng lượng ánh sáng mặt trời. Trong tổng số nhà máy có mặt trên trái đất, 85 phần trăm sử dụng con đường này để sản xuất năng lượng.
Các cây C3 có thể là lâu năm hoặc hàng năm. Chúng có hàm lượng protein cao hơn thực vật C4. Các ví dụ về cây C3 hàng năm là lúa mì, yến mạch, lúa mạch đen và cây lâu năm l bao gồm fescues, ryegrass và vườn cây ăn quả. Cây C3 cung cấp lượng protein cao hơn cây C4.
Định nghĩa con đường C4 hoặc con đường nở và Slack.
Thực vật, đặc biệt là ở khu vực nhiệt đới, đi theo con đường này. Trước chu kỳ Calvin hoặc C3, một số nhà máy đi theo con đường C4 hoặc nở và Slack. Đây là một quá trình gồm hai bước trong đó axit Oxaloacetic [OAA] là hợp chất 4 carbon được sản xuất. Nó xảy ra trong tế bào trung mô và vỏ bọc có trong lục lạp.
Khi hợp chất 4 carbon được tạo ra, nó được gửi đến tế bào vỏ bó, ở đây, phân tử 4 carbon tiếp tục được phân tách thành carbon dioxide và hợp chất 3-cabon. Cuối cùng, con đường C3 bắt đầu tạo ra năng lượng, trong đó hợp chất 3 carbon đóng vai trò là tiền chất.
Cây C4 còn được gọi là cây ấm áp hoặc cây nhiệt đới . Chúng có thể là cây lâu năm hoặc hàng năm. Nhiệt độ hoàn hảo để phát triển cho những cây này là 90-95 ° F. Các nhà máy C4 hiệu quả hơn nhiều trong việc sử dụng nitơ và thu thập carbon dioxide từ đất và khí quyển. Hàm lượng protein thấp so với thực vật C3.
Những cây này có tên từ sản phẩm được gọi là oxaloacetate là 4 axit carbon. Các ví dụ về cây C4 lâu năm là cỏ Ấn Độ, cỏ hồng, cỏ khô, cỏ xanh lớn và cây C4 hàng năm là sudangrasses, ngô, ngọc trai kê.
Định nghĩa thực vật CAM
Một lưu ý đáng chú ý phân biệt quá trình này với hai quá trình trên là trong loại quang hợp này, sinh vật hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời vào ban ngày và sử dụng năng lượng này vào ban đêm để đồng hóa carbon dioxide.
Nó là một loại thích nghi tại thời điểm hạn hán định kỳ. Quá trình này cho phép trao đổi khí vào ban đêm khi nhiệt độ không khí mát hơn và mất hơi nước.
Khoảng 10% thực vật có mạch đã thích nghi với quá trình quang hợp CAM nhưng chủ yếu được tìm thấy ở những cây được trồng ở vùng khô cằn. Những cây như xương rồng và euphorbias là ví dụ. Ngay cả hoa lan và bromeliads, đã thích nghi con đường này do nguồn cung cấp nước không thường xuyên.
Vào ban ngày, con đực bị khử carboxyl để cung cấp CO2 cho việc cố định chu trình Benson-Calvin trong khí khổng khép kín. Đặc điểm chính của thực vật CAM là sự đồng hóa CO2 vào ban đêm thành axit malic, được lưu trữ trong không bào. PEP carboxylase đóng vai trò chính trong việc sản xuất malate.
Sự khác biệt chính của các nhà máy C3, C4 và CAM.
Ở trên chúng tôi thảo luận về thủ tục để có được năng lượng của các loại khác nhau, dưới đây chúng tôi sẽ thảo luận về sự khác biệt chính giữa ba:
- Con đường C3 hoặc thực vật C3 có thể được định nghĩa là những loại thực vật có sản phẩm đầu tiên sau quá trình đồng hóa carbon từ ánh sáng mặt trời là phân tử 3 carbon hoặc axit 3-phosphoglyceric để sản xuất năng lượng. Nó được sử dụng phổ biến nhất bởi thực vật; Trong khi thực vật ở vùng nhiệt đới, chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành phân tử carbon C4 hoặc axit oxaloacetic, chu trình này diễn ra trước chu kỳ C3 và sau đó với sự trợ giúp của các enzyme, nó thực hiện quá trình tiếp tục nhận chất dinh dưỡng, được gọi là thực vật C4 và con đường được gọi là như con đường C4. Con đường này hiệu quả hơn con đường C3. Mặt khác, các nhà máy lưu trữ năng lượng từ mặt trời vào ban ngày và sau đó chuyển đổi thành năng lượng vào ban đêm theo quá trình chuyển hóa CAM hoặc crassulacean .
- Các tế bào tham gia vào một con đường C3 là các tế bào trung mô và với các tế bào của con đường C4 là các tế bào trung mô, các tế bào vỏ bọc, nhưng CAM đi theo cả hai tế bào C3 và C4 trong cùng một tế bào trung mô.
- Một ví dụ về C3 là Hướng dương, Rau bina, Đậu, Gạo, Bông, trong khi ví dụ về cây C4 là Mía, Cao lương và Ngô, và Cacti, hoa lan là ví dụ của cây CAM.
- C3 có thể được nhìn thấy trong tất cả các nhà máy quang hợp, trong khi C4 được theo sau bởi các nhà máy nhiệt đới và CAM bởi các nhà máy điều kiện bán khô cằn.
- Các loại thực vật sử dụng chu trình C3 là mesophytic, hydrophytic, xerophytic nhưng C4 được theo dõi trong các nhà máy mesophytic và Xerophytic theo CAM.
- Sự phát quang hiện diện ở tốc độ cao hơn trong khi nó không dễ dàng phát hiện được trong C4 và CAM.
- 12 NADPH và 18 ATP trong chu kỳ C3; Cần có 12 NADPH và 30 ATP trong C4 và 12 NADPH và 39 ATP để sản xuất glucose.
- 3-phosphoglycerate [3-PGA] là sản phẩm ổn định đầu tiên của con đường C3; Oxaloacetate [OAA] cho con đường C4 và Oxaloacetate [OAA] vào ban đêm, 3 PGA vào ban ngày trong CAM.
- Nhiệt độ tối ưu cho quang hợp ở C3 là 15-25 ° C; 30-40 ° C ở thực vật C4 và> 40 ° C trong CAM
- Enzyme carboxyl hóa là RuBP carboxylase trong thực vật C3, nhưng ở thực vật C4, đó là PEP carboxylase [trong mesophyll] và RuBP carboxylase [trong vỏ bọc] trong khi ở CAM là PEP carboxylase [trong bóng tối] và RuBP carboxylase [trong bóng tối].
- CO2: ATP: NADPH2 tỷ lệ 1: 3: 2 trong C3, 1: 5: 2 trong C4 và 1: 6.5: 2 trong CAM.
- Chất nhận CO2 ban đầu là Ribulose-1, 5-biphophate [RuBP] theo con đường C3 và Phosphoenolpyruvate [PEP] trong C4 và CAM.
- Kranz Anatomy chỉ hiện diện trong con đường C4 và nó không có ở các nhà máy C3 và CAM.
- Điểm bù CO2 [ppm] là 30-70 ở nhà máy C3; 6-10 ở thực vật C4 và 0-5 trong bóng tối ở CAM.
Tất cả chúng ta đều nhận thức được thực tế rằng thực vật chuẩn bị thức ăn của chúng, bằng quá trình quang hợp. Chúng chuyển đổi carbon dioxide trong khí quyển thành thực phẩm hoặc năng lượng thực vật [glucose]. Nhưng khi thực vật phát triển trong môi trường sống khác nhau, chúng có điều kiện khí hậu và khí hậu khác nhau; chúng khác nhau trong quá trình đạt được năng lượng.
Giống như trong trường hợp các con đường C4 và CAM là hai sự thích nghi phát sinh do chọn lọc tự nhiên, cho sự sống sót của các nhà máy ở vùng nhiệt độ cao và khô cằn. Vì vậy, chúng ta có thể nói rằng đây là ba phương pháp sinh hóa riêng biệt, của thực vật để thu được năng lượng và C3 là phổ biến nhất trong số đó.