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Unterschied zwischen C3-, C4- und CAM-Signalweg

Die Assimilation von Kohlendioxid aus dem Sonnenlicht für den Prozess der Photosynthese und die anschließende Umwandlung in Glukose (Energie) zur Synthese verschiedener Produkte ist der Hauptunterschied zwischen den drei. Während der CO2-Fixierung, wenn die photosynthetischen Pflanzen 3-Phosphoglycerinsäure (PGA) oder 3-Kohlenstoffsäure als erstes Produkt produzieren, wird dies als C3-Weg bezeichnet .

Wenn die Photosyntheseanlage jedoch vor dem Übergang zum C3-Weg Oxalessigsäure (OAA) oder 4-Kohlenstoff-Verbindung produziert, wird ihr erstes stabiles Produkt als C4- oder Hatch and Slack-Weg bezeichnet . Wenn die Pflanzen jedoch tagsüber die Energie des Sonnenlichts absorbieren und diese Energie zur Assimilation oder Fixierung des Kohlendioxids nachts verwenden, spricht man von Crassulacean-Säurestoffwechsel oder CAM .

Diesen Verfahren folgen Pflanzen, bestimmte Arten von Bakterien und Algen zur Energieerzeugung, unabhängig von ihrem Lebensraum. Die Energiesynthese unter Verwendung von Kohlendioxid und Wasser als Hauptquelle zur Gewinnung von Nährstoffen aus Luft und Wasser wird als Photosynthese bezeichnet. Dies ist der Hauptprozess für das Lebewesen, das selbst Nahrung produziert

In diesem Inhalt werden wir den wesentlichen Unterschied zwischen den drei Arten von Pfaden, denen Pflanzen und wenige Mikroorganismen folgen, und eine kleine Beschreibung darüber betrachten.

Vergleichstabelle

VergleichsbasisC3-WegC4-WegNOCKEN
DefinitionSolche Pflanzen, deren erstes Produkt nach der Kohlenstoffassimilation aus dem Sonnenlicht ein 3-Kohlenstoffmolekül oder 3-Phosphoglycerinsäure für die
Die Energieerzeugung wird als C3-Pflanzen bezeichnet, und der Weg wird als C3-Weg bezeichnet. Es wird am häufigsten von Pflanzen verwendet.
Pflanzen im tropischen Gebiet wandeln die Sonnenenergie in C4-Kohlenstoffmoleküle oder Oxalacetice-Säure um, die vor dem C3-Zyklus stattfinden
und dann wandelt es sich weiter in Energie um, wird C4-Pflanzen genannt und der Weg wird als C4-Weg bezeichnet. Dies ist effizienter als der C3-Weg.
Die Pflanzen, die die Energie der Sonne speichern und nachts in Energie umwandeln, folgen der CAM oder Crassulacean-Säure
Stoffwechsel.
Zellen beteiligtMesophyllzellen.Mesophyllzelle, Bündelhüllenzellen.Sowohl C3 als auch C4 in denselben Mesophyllzellen.
BeispielSonnenblume, Spinat, Bohnen, Reis, Baumwolle.Zuckerrohr, Sorghum und Mais.Kakteen, Orchideen.
Kann in gesehen werdenAlle photosynthetischen Pflanzen.In tropischen PflanzenHalbtrockener Zustand.
Arten von Pflanzen, die diesen Zyklus verwendenMesophytisch, hydrophytisch, xerophytisch.Mesophytisch.Xerophytic.
PhotorespirationIn hoher Rate vorhanden.Nicht leicht zu erkennen.Nachmittags nachweisbar.
Zur Herstellung von Glukose12 NADPH und 18 ATPs sind erforderlich.12 NADPH und 30 ATPs sind erforderlich.12 NADPH und 39 ATPs sind erforderlich.
Erstes stabiles Produkt3-Phosphoglycerat (3-PGA).Oxalacetat (OAA).Oxalacetat (OAA) nachts, 3 PGA tagsüber.
Calvin-Zyklus operativAllein.Zusammen mit dem Hatch and Slack-Zyklus.C3 und Hatch and Slack-Zyklus.
Optimale Temperatur für die Photosynthese15-25 ° C.30-40 ° C.> 40 ° C.
CarboxylierungsenzymRuBP-Carboxylase.In Mesophyll: PEP-Carboxylase.
In Bündelhülle: RuBP-Carboxylase.
Im Dunkeln: PEP-Carboxylase.
Im Licht: RUBP-Carboxylase.
Verhältnis CO2: ATP: NADPH21: 3: 21: 5: 21: 6, 5: 2
Anfänglicher CO2-AkzeptorRibulose-1, 5-biphophat (RuBP).Phosphoenolpyruvat (PEP).Phosphoenolpyruvat (PEP).
Kranz AnatomieAbwesend.Geschenk.Abwesend.
CO2-Kompensationspunkt (ppm)30-70.6-10.0-5 im Dunkeln.

Definition eines C3-Weges oder eines Calvin-Zyklus.

C3-Pflanzen sind als kühle oder gemäßigte Pflanzen bekannt . Sie wachsen am besten bei einer optimalen Temperatur zwischen 65 und 75 ° F, wobei die Bodentemperatur bei 40-45 ° F liegt. Diese Pflanzentypen zeigen bei hohen Temperaturen eine geringe Effizienz .

Das Hauptprodukt von C3-Pflanzen ist 3-Kohlenstoffsäure oder 3-Phosphoglycerinsäure (PGA) . Dies wird als erstes Produkt während der Kohlendioxidfixierung angesehen. Der C3-Weg verläuft in drei Schritten: Carboxylierung, Reduktion und Regeneration.

C3-Pflanzen reduzieren sich direkt im Chloroplasten in das CO2. Mit Hilfe der Ribulosebiphosphatcarboxylase (RuBPcase) werden die beiden Moleküle 3-Kohlenstoffsäure oder 3-Phosphoglycerinsäure hergestellt. Dieses 3-Phosphoglycerin rechtfertigt den Namen des Weges als C3.

In einem weiteren Schritt phosphorylieren NADPH und ATP zu 3-PGA und Glucose. Und dann beginnt der Zyklus erneut mit der Regeneration des RuBP.

Der C3-Weg ist der einstufige Prozess, der im Chloroplasten stattfindet. Diese Organelle dient zur Speicherung von Sonnenenergie. 85 Prozent der gesamten auf der Erde vorhandenen Pflanzen nutzen diesen Weg zur Energieerzeugung.

Die C3-Pflanzen können mehrjährig oder einjährig sein. Sie sind stark proteinhaltig als die C4-Pflanzen. Die Beispiele für einjährige C3-Pflanzen sind Weizen, Hafer und Roggen. Zu den mehrjährigen Pflanzen gehören Schwingel, Weidelgras und Obstgartengras. C3-Pflanzen liefern eine höhere Proteinmenge als die C4-Pflanzen.

Definition des C4-Pfades oder des Hatch and Slack-Pfades.

Pflanzen, insbesondere in der tropischen Region, folgen diesem Weg. Vor dem Calvin- oder C3-Zyklus folgen einige Pflanzen dem C4- oder Hatch and Slack-Pfad. Es ist ein zweistufiges Verfahren, bei dem Oxalessigsäure (OAA), eine 4-Kohlenstoff-Verbindung, hergestellt wird. Es kommt in Mesophyll- und Bündelhüllenzellen vor, die in einem Chloroplasten vorhanden sind.

Wenn die 4-Kohlenstoff-Verbindung hergestellt wird, wird sie zur Bündelhüllenzelle geschickt, hier wird das 4-Kohlenstoff-Molekül weiter in ein Kohlendioxid und die 3-Cabon-Verbindung gespalten. Schließlich beginnt der C3-Weg Energie zu produzieren, wobei die 3-Kohlenstoff-Verbindung als Vorstufe fungiert.

C4-Pflanzen werden auch als Warmzeit- oder Tropenpflanzen bezeichnet . Diese können mehrjährig oder jährlich sein. Die perfekte Wachstumstemperatur für diese Pflanzen beträgt 90-95 ° F. Die C4-Pflanzen nutzen Stickstoff viel effizienter und sammeln Kohlendioxid aus Boden und Atmosphäre. Der Proteingehalt ist im Vergleich zu C3-Pflanzen gering.

Diese Pflanzen haben ihren Namen von dem Produkt namens Oxalacetat, das 4 Kohlensäure ist. Die Beispiele für mehrjährige C4-Pflanzen sind indisches Gras, Bermudagrass, Switchgrass, Big Bluestem und die für einjährige C4-Pflanzen sind Sudangrass, Mais und Perlhirse.

Definition von CAM-Anlagen

Die bemerkenswerte Bemerkung, die diesen Prozess von den beiden oben genannten unterscheidet, ist, dass bei dieser Art der Photosynthese der Organismus tagsüber die Energie des Sonnenlichts absorbiert und diese Energie nachts zur Assimilation von Kohlendioxid verwendet.

Es ist eine Art Anpassung in Zeiten periodischer Dürre. Dieser Prozess ermöglicht einen Gasaustausch in der Nacht, wenn die Lufttemperatur kühler ist und Wasserdampf verloren geht.

Rund 10% der Gefäßpflanzen haben die CAM-Photosynthese angepasst, kommen jedoch hauptsächlich in Pflanzen vor, die in der Trockenregion wachsen. Die Pflanzen wie Kakteen und Euphorbien sind die Beispiele. Sogar die Orchideen und Bromelien passten diesen Weg aufgrund einer unregelmäßigen Wasserversorgung an.

In der Tageszeit wird Malat decarboxyliert, um CO2 für die Fixierung des Benson-Calvin-Zyklus in geschlossenen Stomata bereitzustellen. Das Hauptmerkmal von CAM-Anlagen ist die nächtliche Aufnahme von CO2 in Apfelsäure, die in der Vakuole gespeichert ist. PEP-Carboxylase spielt die Hauptrolle bei der Produktion von Malat.

Hauptunterschiede von C3-, C4- und CAM-Pflanzen.

Oben diskutieren wir das Verfahren zum Erhalten der Energie dieser verschiedenen Typen, unten diskutieren wir die Hauptunterschiede zwischen drei:

  1. C3-Weg oder C3-Pflanzen können als solche Pflanzen definiert werden, deren erstes Produkt nach der Kohlenstoffassimilation aus dem Sonnenlicht ein 3-Kohlenstoff-Molekül oder 3-Phosphoglycerinsäure zur Energieerzeugung ist. Es wird am häufigsten von Pflanzen verwendet; Während Pflanzen in tropischen Gebieten die Sonnenenergie in C4-Kohlenstoffmoleküle oder Oxalessigsäure umwandeln, findet dieser Zyklus vor dem C3-Zyklus statt und führt dann mit Hilfe von Enzymen den weiteren Prozess der Nährstoffgewinnung durch, der als C4-Pflanzen bezeichnet wird als C4-Weg. Dieser Weg ist effizienter als der C3-Weg. Andererseits folgen die Pflanzen, die tagsüber die Sonnenenergie speichern und nachts in Energie umwandeln, dem CAM- oder Crassulacean-Säurestoffwechsel .
  2. Zellen, die an einem C3-Weg beteiligt sind, sind Mesophyllzellen und zu denen des C4-Weges sind Mesophyllzellen, Bündelhüllenzellen, aber CAM folgt sowohl C3 als auch C4 in denselben Mesophyllzellen.
  3. Ein Beispiel für C3 sind Sonnenblumen, Spinat, Bohnen, Reis, Baumwolle, während das Beispiel für C4-Pflanzen Zuckerrohr, Sorghum und Mais ist, und Kakteen, Orchideen sind das Beispiel für CAM-Pflanzen.
  4. C3 ist in allen photosynthetischen Pflanzen zu sehen, während auf C4 tropische Pflanzen und auf CAM semiaride Pflanzen folgen.
  5. Arten von Pflanzen, die den C3-Zyklus verwenden, sind mesophytisch, hydrophytisch, xerophytisch, aber C4 wird in mesophytischen Pflanzen verfolgt und Xerophytic folgt CAM.
  6. Photorespiration ist in der höheren Rate vorhanden, während sie in C4 und CAM nicht leicht nachweisbar ist.
  7. 12 NADPH und 18 ATPs im C3-Zyklus; 12 NADPH- und 30 ATPs in C4 und 12 NADPH- und 39 ATPs sind für die Produktion von Glucose erforderlich .
  8. 3-Phosphoglycerat (3-PGA) ist das erste stabile Produkt des C3-Weges; Oxalacetat (OAA) für den C4-Weg und Oxalacetat (OAA) in der Nacht, 3 PGA am Tag in CAM.
  9. Die optimale Temperatur für die Photosynthese in C3 beträgt 15-25 ° C; 30-40 ° C in C4-Pflanzen und> 40 ° C in CAM
  10. Das Carboxylierungsenzym ist RuBP-Carboxylase in C3-Pflanzen, aber in C4-Pflanzen ist es PEP-Carboxylase (in Mesophyll) und RuBP-Carboxylase (in Bündelhülle), während es in CAM PEP-Carboxylase (im Dunkeln) und RuBP-Carboxylase (in Licht) ist.
  11. Verhältnis CO2: ATP: NADPH2 1: 3: 2 in C3, 1: 5: 2 in C4 und 1: 6, 5: 2 in CAM.
  12. Der anfängliche CO2-Akzeptor ist Ribulose-1, 5-biphophat (RuBP) in einem C3-Weg und Phosphoenolpyruvat (PEP) in C4 und CAM.
  13. Die Kranz-Anatomie ist nur im C4-Signalweg vorhanden und fehlt in C3- und CAM-Pflanzen.
  14. Der CO2-Kompensationspunkt (ppm) beträgt 30-70 in C3-Anlagen; 6-10 in C4-Pflanzen und 0-5 im Dunkeln in CAM.

Fazit

Wir alle sind uns der Tatsache bewusst, dass Pflanzen ihre Nahrung durch Photosynthese zubereiten. Sie wandeln atmosphärisches Kohlendioxid in pflanzliche Nahrung oder Energie (Glukose) um. Da die Pflanzen jedoch in unterschiedlichen Lebensräumen wachsen, haben sie unterschiedliche atmosphärische und klimatische Bedingungen. Sie unterscheiden sich im Prozess der Energiegewinnung.

Wie im Fall von C4- und CAM-Pfaden sind die beiden Anpassungen durch natürliche Selektion entstanden, um das Überleben der Pflanzen mit hoher Temperatur und arider Region zu gewährleisten. Wir können also sagen, dass dies die drei verschiedenen biochemischen Methoden von Pflanzen sind, um Energie zu gewinnen, und C3 ist die häufigste unter ihnen.

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