الاختلاف الرئيسي بين مصانع C3 و C4 هو أن نباتات C3 تشكل مركبًا ثلاثي الكربون كأول منتج مستقر للتفاعل المظلم بينما تشكل نباتات C4 مركبًا رباعي الكربون كأول منتج مستقر من رد فعل مظلم.
التمثيل الضوئي هو عملية مدفوعة بالضوء تعمل على تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى سكريات غنية بالطاقة في النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء. أثناء تفاعل الضوء لعملية التمثيل الضوئي ، يحدث التحلل الضوئي لجزيئات الماء. نتيجة للتحلل الضوئي للماء ، يتحرر الأكسجين كمنتج ثانوي. بعد تفاعل الضوء ، يبدأ التفاعل المظلم ويصنع الكربوهيدرات عن طريق تثبيت ثاني أكسيد الكربون.ومع ذلك ، يمكن للأكسجين المتولد من تفاعل الضوء أن يرتبط بالإنزيم الرئيسي للتفاعل المظلم وهو RuBP أوكسيجيناز-كاربوكسيلاز (روبيسكو) ويقوم بعملية التنفس الضوئي. التنفس الضوئي هو عملية تهدر الطاقة وتقلل من تخليق الكربوهيدرات. لذلك ، من أجل منع التنفس الضوئي ، هناك ثلاث طرق مختلفة لحدوث تفاعل الظلام في النباتات لمنع التقاء الأكسجين مع Rubisco. وبالتالي ، اعتمادًا على الطريقة التي يحدث بها التفاعل المظلم ، هناك 3 أنواع من النباتات ؛ وهي نباتات C3 ومصانع C4 ومصانع CAM.
ما هي نباتات C3؟
حوالي 95٪ من النباتات على الأرض هي نباتات C3. كما يشير الاسم ، يقومون بتنفيذ آلية التمثيل الضوئي C3 وهي دورة كالفين. يُعتقد أن التمثيل الضوئي لـ C3 قد نشأ منذ ما يقرب من 3.5 مليار سنة. معظم هذه النباتات عبارة عن نباتات خشبية وأوراق مستديرة. في هذه النباتات ، يتم تثبيت الكربون في الخلايا المتوسطة الموجودة تحت البشرة مباشرة.
يدخل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي إلى الخلايا المتوسطة عبر الثغور.ثم يبدأ رد الفعل المظلم. التفاعل الأول هو تثبيت ثاني أكسيد الكربون مع Ribulose bisphosphate في phosphoglycerate وهو مركب ثلاثي الكربون. في الواقع ، إنه أول منتج مستقر لمصانع C3. كربوكسيلاز ثنائي فوسفات الريبولوز (روبيسكو) هو الإنزيم الذي يحفز تفاعل الكربوكسيل هذا في النباتات. وبالمثل ، تحدث دورة كالفين بشكل دوري أثناء إنتاج الكربوهيدرات.
الشكل 01: نباتات C3
بالمقارنة مع محطات C4 ، فإن محطات C3 غير فعالة فيما يتعلق بآلية التمثيل الضوئي الخاصة بهم. إنه بسبب حدوث التنفس الضوئي في نباتات C3. يحدث التنفس الضوئي بسبب نشاط إنزيم روبيكو. يعمل أكسجين روبيسكو في الاتجاه المعاكس للكربوكسيل ، ويفكك بشكل فعال عملية التمثيل الضوئي عن طريق إهدار كميات كبيرة من الكربون الذي تم تثبيته في الأصل بواسطة دورة كالفين بتكلفة كبيرة ، وينتج عنه فقدان ثاني أكسيد الكربون من الخلايا التي تثبت ثاني أكسيد الكربون.وبالمثل ، يحدث التفاعل مع الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في نفس الموقع على Rubisco. تعمل هذه التفاعلات المتنافسة عادةً بنسبة 3: 1 (كربون: أكسجين). وبالتالي ، من الواضح أن التنفس الضوئي هو عملية تحفيز ضوئي تستهلك الأكسجين وتطور ثاني أكسيد الكربون.
ما هي نباتات C4؟
نباتاتC4 موجودة في المناطق الجافة وعالية الحرارة. ما يقرب من 1 ٪ من الأنواع النباتية لديها كيمياء حيوية C4. بعض الأمثلة على نباتات C4 هي الذرة وقصب السكر. كما يشير الاسم ، تقوم هذه النباتات بآلية التمثيل الضوئي C4. يُعتقد أن التمثيل الضوئي لـ C4 قد نشأ منذ ما يقرب من 12 مليون سنة ؛ بعد فترة طويلة من تطور آلية C3. قد تكون نباتات C4 أكثر تكيفًا الآن ، حيث أن مستويات ثاني أكسيد الكربون الحالية أقل بكثير من 100 مليون سنة مضت.
C4 نباتات أكثر كفاءة في التقاط ثاني أكسيد الكربون. علاوة على ذلك ، تم العثور على التمثيل الضوئي C4 في كل من الأنواع أحادية و dicot. على عكس نباتات C3 ، فإن أول منتج مستقر يتشكل أثناء عملية التمثيل الضوئي هو حمض oxaloacetic ، وهو مركب رباعي الكربون.والأهم من ذلك ، أن أوراق هذه النباتات تظهر نوعًا خاصًا من التشريح يسمى "تشريح كرانز". هناك دائرة من خلايا غمد الحزمة مع البلاستيدات الخضراء حول حزم الأوعية الدموية والتي يمكن من خلالها التعرف على نباتات C4.
الشكل 02: نباتات C4
في هذا المسار ، يحدث تثبيت ثاني أكسيد الكربون مرتين. في سيتوبلازم خلية الميزوفيل ، تم إصلاح أول أكسيد الكربون2باستخدام phosphoenolpyruvate (PEP) ، والذي يعمل كمستقبل أساسي. يتم تحفيز التفاعل بواسطة إنزيم PEP carboxylase. ثم يتحول PEP إلى malate ثم إلى البيروفات المحررة CO2وهذا CO2مرة أخرى لإصلاح للمرة الثانية مع Ribulose bisphosphate ، لتشكيل 2 فسفوغليسيرات لتنفيذ دورة كالفين.
ما هي أوجه التشابه بين النباتات C3 و C4؟
- كل من نباتات C3 و C4 تعمل على إصلاح ثاني أكسيد الكربون وإنتاج الكربوهيدرات.
- ينفذون رد فعل مظلم
- أيضًا ، كلا النوعين من النباتات يقومان بنفس تفاعل الضوء.
- علاوة على ذلك ، لديهم بلاستيدات خضراء للقيام بعملية التمثيل الضوئي.
- معادلة التمثيل الضوئي الخاصة بهم متشابهة.
- علاوة على ذلك ، يتضمن RuBP في التفاعل المظلم لكلا النوعين من النباتات.
- كلا النباتين ينتجان الفوسفوجليسيرات.
ما هو الفرق بين النباتات C3 و C4؟
C3 تنتج نباتات حمض الفوسفوجليسيريك كأول منتج مستقر للتفاعل المظلم. إنه مركب ثلاثي الكربون. من ناحية أخرى ، تنتج مصانع C4 حمض الأوكسالو-أسيتيك كأول منتج مستقر للتفاعل المظلم. إنه مركب رباعي الكربون. لذلك ، هذا هو الفرق الرئيسي بين مصانع C3 و C4.
علاوة على ذلك ، فإن كفاءة التمثيل الضوئي لمحطات C3 أقل من كفاءة التمثيل الضوئي لمحطات C4.ويرجع ذلك إلى التنفس الضوئي الملحوظ في نباتات C3 والذي لا يكاد يذكر في مصانع C4. وبالتالي ، هناك فرق آخر بين نباتات C3 و C4. عند النظر في الاختلافات الهيكلية ، لا تحتوي نباتات C3 على نوعين من البلاستيدات الخضراء وتشريح كرانز في الأوراق. من ناحية أخرى ، تحتوي نباتات C4 على نوعين من البلاستيدات الخضراء ، ويظهران تشريح كرانز في الأوراق. ومن ثم ، فهو أيضًا فرق بين مصانع C3 و C4.
علاوة على ذلك ، هناك اختلاف آخر بين نباتات C3 و C4 وهو أن نباتات C3 تقوم بإصلاح ثاني أكسيد الكربون مرة واحدة فقط بينما تقوم مصانع C4 بإصلاح ثاني أكسيد الكربون مرتين. نتيجة لهذه الحقيقة ، يكون استيعاب C أقل في مصانع C3 بينما يكون استيعاب C مرتفعًا في مصانع C4. ليس ذلك فحسب ، يمكن لمصانع C4 إجراء عملية التمثيل الضوئي عندما تكون الثغور مغلقة وتحت تركيزات عالية جدًا من الضوء وتركيزات منخفضة من ثاني أكسيد الكربون2. ومع ذلك ، فإن مصانع C3 غير قادرة على إجراء عملية التمثيل الضوئي عندما تكون الثغور مغلقة وتحت تركيزات عالية جدًا من الضوء وتركيزات منخفضة من ثاني أكسيد الكربون 2.لذلك ، يعد هذا أيضًا فرقًا كبيرًا بين مصانع C3 و C4. علاوة على ذلك ، تختلف نباتات C3 ونباتات C4 عن أول متقبل لثاني أكسيد الكربون. RuBP هو مستقبل CO2في مصانع C3 بينما PEP هو أول CO2متقبل في مصانع C4.
ملخص - C3 مقابل C4 Plants
C3 و C4 نوعان من النباتات. نباتات C3 شائعة جدًا بينما تعتبر نباتات C4 نادرة جدًا. يعتمد الاختلاف الرئيسي بين مصانع C3 و C4 على أول منتج كربوني ينتجه أثناء التفاعل المظلم. تنفذ مصانع C3 دورة كالفين وتنتج مركب ثلاثي الكربون كأول منتج مستقر بينما تنفذ مصانع C4 آلية C4 وتنتج أربعة مركبات كربون كأول منتج مستقر. علاوة على ذلك ، تظهر نباتات C3 كفاءة أقل في التمثيل الضوئي بينما تظهر مصانع C4 كفاءة عالية في التمثيل الضوئي.علاوة على ذلك ، لا تحتوي نباتات C3 على تشريح كرانز في الأوراق ، كما أنها لا تحتوي على نوعين من البلاستيدات الخضراء. من ناحية أخرى ، تحتوي نباتات C4 على تشريح كرانز في أوراقها ، ولديها أيضًا نوعان من البلاستيدات الخضراء. وبالتالي ، هذا هو ملخص مصانع C3 و C4.
