Ključna razlika između C3 i C4 biljaka je u tome što C3 biljke tvore spoj s tri ugljika kao prvi stabilni produkt tamne reakcije, dok C4 biljke tvore spoj s četiri ugljika kao prvi stabilni produkt reakcije tamna reakcija.
Fotosinteza je proces pokretan svjetlošću koji pretvara ugljični dioksid i vodu u energetski bogate šećere u biljkama, algama i cijanobakterijama. Tijekom svjetlosne reakcije fotosinteze dolazi do fotolize molekula vode. Kao rezultat fotolize vode oslobađa se kisik kao nusprodukt. Nakon svjetlosne reakcije počinje tamna reakcija i sintetizira ugljikohidrate fiksiranjem ugljičnog dioksida. Međutim, kisik nastao svjetlosnom reakcijom može se vezati s glavnim enzimom tamne reakcije koji je RuBP oksigenaza-karboksilaza (Rubisco) i provesti fotorespiraciju. Fotorespiracija je proces koji gubi energiju i smanjuje sintezu ugljikohidrata. Stoga, kako bi se spriječila fotorespiracija, postoje tri različita načina na koje dolazi do tamne reakcije u biljkama kako bi se spriječio susret kisika s Rubiscom. Dakle, ovisno o načinu na koji se ta tamna reakcija odvija, postoje 3 vrste biljaka; naime, C3 biljke, C4 biljke i CAM biljke.
Što su C3 biljke?
Oko 95% biljaka na zemlji su C3 biljke. Kao što naziv kaže, oni provode C3 fotosintetski mehanizam koji je Calvinov ciklus. Smatra se da je fotosinteza C3 nastala prije gotovo 3,5 milijardi godina. Ove biljke su uglavnom drvenaste i okruglog lišća. Kod ovih biljaka, fiksacija ugljika odvija se u stanicama mezofila koje se nalaze neposredno ispod epiderme.
Ugljični dioksid ulazi iz atmosfere u stanice mezofila kroz puči. Tada počinje mračna reakcija. Prva reakcija je vezanje ugljičnog dioksida s ribulozom bisfosfatom u fosfoglicerat koji je spoj s tri ugljika. Zapravo, to je prvi stabilni proizvod C3 postrojenja. Ribuloza bisfosfat karboksilaza (Rubisco) je enzim koji katalizira ovu reakciju karboksilacije u biljkama. Isto tako, Calvinov ciklus se događa ciklički dok se proizvode ugljikohidrati.
Slika 01: C3 biljke
U usporedbi s C4 biljkama, C3 biljke su neučinkovite u pogledu fotosintetskog mehanizma. To je zbog pojave fotorespiracije u C3 biljkama. Fotorespiracija se javlja zbog aktivnosti oksigenaze Rubisco enzima. Oksigenacija Rubisca djeluje u suprotnom smjeru od karboksilacije, učinkovito poništava fotosintezu rasipanjem velikih količina ugljika izvorno fiksiranih Calvinovim ciklusom uz velike troškove i rezultira gubitkom ugljičnog dioksida iz stanica koje fiksiraju ugljični dioksid. Isto tako, interakcija s kisikom i ugljičnim dioksidom događa se na istom mjestu na Rubiscu. Ove konkurentne reakcije normalno se odvijaju u omjeru 3:1 (ugljik:kisik). Stoga je jasno da je fotorespiracija proces stimuliran svjetlom koji troši kisik i razvija ugljični dioksid.
Što su C4 biljke?
C4 biljke prisutne su u suhim područjima s visokim temperaturama. Otprilike 1% biljnih vrsta ima C4 biokemiju. Neki primjeri C4 biljaka su kukuruz i šećerna trska. Kao što naziv govori, ove biljke provode fotosintetski mehanizam C4. Smatra se da je fotosinteza C4 nastala prije gotovo 12 milijuna godina; dugo nakon evolucije C3 mehanizma. C4 biljke možda su sada bolje prilagođene, jer su trenutne razine ugljičnog dioksida mnogo niže nego prije 100 milijuna godina.
C4 biljke mnogo su učinkovitije u hvatanju ugljičnog dioksida. Nadalje, fotosinteza C4 nalazi se i kod jednosupnica i kod dvosupnica. Za razliku od C3 biljaka, prvi stabilni produkt koji nastaje tijekom fotosinteze je oksaloctena kiselina, koja je spoj s četiri ugljika. Što je najvažnije, listovi ovih biljaka pokazuju posebnu vrstu anatomije koja se naziva "Kranzova anatomija". Oko vaskularnih snopova nalazi se krug snopova ovojnih stanica s kloroplastima po kojima se mogu identificirati C4 biljke.
Slika 02: C4 biljke
Na ovom putu, fiksacija ugljičnog dioksida događa se dva puta. U citoplazmi mezofilne stanice CO2 prvo se fiksira s fosfoenolpiruvatom (PEP), koji djeluje kao primarni akceptor. Reakciju katalizira enzim PEP karboksilaza. Zatim se PEP pretvara u malat, a zatim u piruvat oslobađajući CO2 I, ovaj CO2 opet se fiksira po drugi put s ribulozom bisfosfatom, da nastane 2 fosfoglicerat za provođenje Calvinovog ciklusa.
Koje su sličnosti između C3 i C4 biljaka?
- I C3 i C4 biljke vežu ugljični dioksid i proizvode ugljikohidrate.
- Oni izvode mračnu reakciju.
- Također, obje vrste biljaka provode istu svjetlosnu reakciju.
- Nadalje, imaju kloroplaste za provođenje fotosinteze.
- Njihova fotosintetska jednadžba je slična.
- Štoviše, RuBP uključuje tamnu reakciju obje vrste biljaka.
- Obje biljke proizvode fosfoglicerat.
Koja je razlika između C3 i C4 biljaka?
C3 biljke proizvode fosfoglicerinsku kiselinu kao prvi stabilni produkt tamne reakcije. To je spoj s tri ugljika. S druge strane, C4 biljke proizvode oksalo-octenu kiselinu kao prvi stabilni produkt tamne reakcije. To je spoj s četiri ugljika. Dakle, ovo je ključna razlika između C3 i C4 biljaka.
Nadalje, fotosintetska učinkovitost C3 biljaka manja je od fotosintetske učinkovitosti C4 biljaka. To je zbog fotorespiracije koja se vidi u biljkama C3, a koja je zanemariva u biljkama C4. Dakle, to je još jedna razlika između C3 i C4 biljaka. Kada se uzmu u obzir strukturne razlike, C3 biljke nemaju dvije vrste kloroplasta i Kranzovu anatomiju u lišću. S druge strane, C4 biljke imaju dvije vrste kloroplasta, a na lišću pokazuju Kranzovu anatomiju. Dakle, to je također razlika između C3 i C4 biljaka.
Štoviše, daljnja razlika između C3 i C4 biljaka je u tome što C3 biljke vežu ugljični dioksid samo jednom, dok C4 biljke vežu ugljični dioksid dva puta. Zbog ove činjenice, asimilacija C je manja u biljkama C3, dok je asimilacija C visoka u biljkama C4. I ne samo to, C4 biljke mogu provoditi fotosintezu kada su stomati zatvoreni i pod vrlo visokim koncentracijama svjetla i niskim CO2 koncentracijama. Međutim, C3 biljke ne mogu izvršiti fotosintezu kada su stomati zatvoreni i pod vrlo visokim koncentracijama svjetla i niskim CO2 koncentracijama. Stoga je i ovo značajna razlika između C3 i C4 biljaka. Nadalje, C3 biljke i C4 biljke razlikuju se od prvog akceptora ugljičnog dioksida. RuBP je CO2 akceptor u C3 postrojenjima dok je PEP prvi CO2 akceptor u C4 postrojenjima.
Sažetak – C3 naspram C4 biljke
C3 i C4 su dvije vrste biljaka. C3 biljke su vrlo česte dok su C4 biljke vrlo rijetke. Ključna razlika između C3 i C4 biljaka 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 C4 biljke provode C4 mehanizam i proizvode spoj s četiri ugljika kao prvi stabilni proizvod. Nadalje, C3 biljke pokazuju manju fotosintetsku učinkovitost dok C4 biljke pokazuju visoku fotosintetsku učinkovitost. Štoviše, C3 biljke nemaju Kranzovu anatomiju lišća, a također nemaju dvije vrste kloroplasta. S druge strane, C4 biljke imaju Kranzovu anatomiju u lišću, a također imaju dvije vrste kloroplasta. Dakle, ovo je sažetak C3 i C4 biljaka.
