Ključna razlika između biljaka C3 i C4 je u tome što biljke C3 formiraju spoj s tri ugljika kao prvi stabilan proizvod tamne reakcije, dok biljke C4 formiraju spoj s četiri ugljika kao prvi stabilni proizvod mračna reakcija.
Fotosinteza je svjetlosno vođen proces koji pretvara ugljični dioksid i vodu u šećere bogate energijom u biljkama, algama i cijanobakterijama. Tokom svjetlosne reakcije fotosinteze dolazi do fotolize molekula vode. Kao rezultat fotolize vode, kisik se oslobađa kao nusprodukt. Nakon svjetlosne reakcije, počinje tamna reakcija i ona sintetizira ugljikohidrate fiksirajući ugljični dioksid. Međutim, kisik koji nastaje svjetlosnom reakcijom može se vezati s glavnim enzimom tamne reakcije koji je RuBP oksigenaza-karboksilaza (Rubisco) i provoditi fotorespiraciju. Fotorespiracija je proces koji troši energiju i smanjuje sintezu ugljikohidrata. Stoga, kako bi se spriječilo fotorespiracija, postoje tri različita načina na koje dolazi do tamne reakcije u biljkama kako bi se spriječio susret kisika s Rubisco. Dakle, u zavisnosti od načina na koji se tamna reakcija odvija, postoje 3 vrste biljaka; naime, C3 biljke, C4 biljke i CAM biljke.
Šta su C3 biljke?
Oko 95% biljaka na zemlji su biljke C3. Kao što ime govori, oni provode fotosintetski mehanizam C3 koji je Calvinov ciklus. Smatra se da je fotosinteza C3 nastala prije skoro 3,5 milijardi godina. Ove biljke su uglavnom drvenaste i okruglolisne biljke. Kod ovih biljaka, fiksacija ugljika se odvija u ćelijama mezofila koje se nalaze neposredno ispod epiderme.
Ugljični dioksid ulazi iz atmosfere u ćelije mezofila kroz stomate. Tada počinje mračna reakcija. Prva reakcija je fiksiranje ugljičnog dioksida s ribuloza bisfosfatom u fosfoglicerat koji je spoj sa tri ugljika. Zapravo, to je prvi stabilan proizvod C3 postrojenja. Ribuloza bisfosfat karboksilaza (Rubisco) je enzim koji katalizira ovu reakciju karboksilacije u biljkama. Isto tako, Calvinov ciklus se odvija ciklično dok proizvodi ugljikohidrate.
Slika 01: C3 Biljke
U poređenju sa biljkama C4, biljke C3 su neefikasne u pogledu svog fotosintetskog mehanizma. To je zbog pojave fotorespiracije u C3 biljkama. Fotorespiracija nastaje zbog aktivnosti oksigenaze Rubisco enzima. Oksigenacija Rubisco-a djeluje u suprotnom smjeru od karboksilacije, efektivno poništava fotosintezu trošenjem velikih količina ugljika prvobitno fiksiranih Calvinovim ciklusom uz velike troškove, i rezultira gubitkom ugljičnog dioksida iz ćelija koje fiksiraju ugljični dioksid. Slično tome, interakcija s kisikom i ugljičnim dioksidom događa se na istom mjestu na Rubiscu. Ove konkurentske reakcije obično se odvijaju u omjeru 3:1 (ugljik: kisik). Dakle, jasno je da je fotorespiracija proces stimuliran svjetlom koji troši kisik i razvija ugljični dioksid.
Šta su C4 biljke?
Biljke C4 su prisutne u suhim i visokotemperaturnim područjima. Približno 1% biljnih vrsta ima biohemiju C4. Neki primjeri biljaka C4 su kukuruz i šećerna trska. Kao što ime govori, ove biljke provode fotosintetski mehanizam C4. Smatra se da je fotosinteza C4 nastala prije skoro 12 miliona godina; dugo nakon evolucije C3 mehanizma. C4 biljke su možda bolje prilagođene sada, jer su trenutni nivoi ugljičnog dioksida mnogo niži nego prije 100 miliona godina.
C4 biljke su mnogo efikasnije u hvatanju ugljen-dioksida. Nadalje, fotosinteza C4 se nalazi i kod jednosupnih i dvosupnih vrsta. Za razliku od C3 biljaka, prvi stabilni proizvod koji nastaje tokom fotosinteze je oksalo-octena kiselina, koja je spoj sa četiri ugljika. Što je najvažnije, listovi ovih biljaka pokazuju posebnu vrstu anatomije koja se zove “Kranz Anatomy”. Postoji krug ćelija omotača sa hloroplastima oko vaskularnih snopova po kojima se C4 biljke mogu identifikovati.
Slika 02: C4 biljke
Na ovom putu, fiksacija ugljen-dioksida se dešava dva puta. U citoplazmi ćelije mezofila, CO2 prvo se fiksira sa fosfoenolpiruvatom (PEP), koji deluje kao primarni akceptor. Reakciju katalizira enzim PEP karboksilaze. Zatim se PEP pretvara u malat, a zatim u piruvat oslobađajući CO2 I, ovaj CO2 ponovo se fiksira po drugi put sa ribulozom bisfosfatom, da nastane 2 fosfoglicerat za izvođenje Calvinovog ciklusa.
Koje su sličnosti između C3 i C4 biljaka?
- I biljke C3 i C4 fiksiraju ugljični dioksid i proizvode ugljikohidrate.
- Izvode mračnu reakciju.
- Takođe, obje vrste biljaka vrše istu svjetlosnu reakciju.
- Štaviše, imaju hloroplaste za obavljanje fotosinteze.
- Njihova fotosintetička jednadžba je slična.
- Štaviše, RuBP uključuje u tamnu reakciju obje vrste biljaka.
- Obje biljke proizvode fosfoglicerat.
Koja je razlika između C3 i C4 biljaka?
C3 biljke proizvode fosfoglicerinsku kiselinu kao prvi stabilan proizvod tamne reakcije. To je jedinjenje sa tri ugljenika. S druge strane, biljke C4 proizvode oksalo-octenu kiselinu kao prvi stabilan proizvod tamne reakcije. To je jedinjenje sa četiri ugljika. Dakle, ovo je ključna razlika između C3 i C4 biljaka.
Dalje, fotosintetička efikasnost C3 biljaka je manja od fotosintetičke efikasnosti C4 biljaka. To je zbog fotorespiracije koja se vidi u C3 biljkama, a koja je zanemarljiva u C4 biljkama. Dakle, to je još jedna razlika između C3 i C4 biljaka. Kada se uzmu u obzir strukturne razlike, biljke C3 nemaju dvije vrste hloroplasta i Kranzovu anatomiju u listovima. S druge strane, biljke C4 imaju dvije vrste hloroplasta i pokazuju Kranzovu anatomiju u listovima. Dakle, to je također razlika između C3 i C4 biljaka.
Štaviše, dalja razlika između C3 i C4 biljaka je u tome što biljke C3 fiksiraju ugljični dioksid samo jednom dok C4 biljke fiksiraju ugljični dioksid dva puta. Zbog ove činjenice, asimilacija C je manja u C3 biljkama, dok je asimilacija C visoka u C4 biljkama. I ne samo to, biljke C4 mogu izvršiti fotosintezu kada su puči zatvoreni i pod vrlo visokim koncentracijama svjetlosti i niskim CO2 koncentracijama. Međutim, biljke C3 nisu u stanju da izvrše fotosintezu kada su puči zatvoreni i pod vrlo visokim koncentracijama svjetlosti i niskim CO2 koncentracijama. Stoga je i ovo značajna razlika između biljaka C3 i C4. Nadalje, biljke C3 i C4 biljke se razlikuju od prvog akceptora ugljičnog dioksida. RuBP je CO2 akceptor u C3 postrojenjima dok je PEP prvi CO2 akceptor u C4 postrojenjima.
Sažetak – C3 vs C4 biljke
C3 i C4 su dvije vrste biljaka. C3 biljke su vrlo česte, dok su biljke C4 vrlo rijetke. Ključna razlika između biljaka C3 i C4 ovisi o prvom produktu ugljika koji proizvode tijekom tamne reakcije. C3 biljke provode Calvinov ciklus i proizvode spoj s tri ugljika kao prvi stabilni proizvod, dok biljke C4 provode C4 mehanizam i proizvode četiri ugljična spoja kao prvi stabilni proizvod. Nadalje, biljke C3 pokazuju manju fotosintetičku efikasnost, dok biljke C4 pokazuju visoku fotosintetičku efikasnost. Štaviše, biljke C3 nemaju Kranzovu anatomiju u listovima, a takođe nemaju ni dva tipa hloroplasta. S druge strane, biljke C4 imaju Kranzovu anatomiju u listovima, a također imaju dvije vrste hloroplasta. Dakle, ovo je sažetak C3 i C4 biljaka.
