الفرق بين مسار C3 و C4 و CAM

• 2020

إن استيعاب ثاني أكسيد الكربون من أشعة الشمس لعملية التمثيل الضوئي ثم تحويله إلى جلوكوز (طاقة) توليف منتج مختلف هو الفرق الرئيسي بين الثلاثة. لذلك أثناء تثبيت CO2 ، عندما تنتج مصانع التمثيل الضوئي حمض 3-phosphoglyceric (PGA) أو 3- حمض كربوني حيث يُطلق على المنتج الأول مسار C3 .

ولكن عندما ينتج مصنع التمثيل الضوئي ، قبل الانتقال إلى مسار C3 ، حمض أوكسالوسيتيك (OAA) أو مركب رباعي الكربونات ، حيث يُطلق على منتجها الثابت الأول اسم C4 أو Hatch و Slack . ولكن عندما تمتص النباتات طاقة ضوء الشمس في النهار وتستخدم هذه الطاقة لاستيعاب أو إصلاح ثاني أكسيد الكربون في الليل يسمى استقلاب حمض الكراسولاسين أو CAM .

ويتبع هذه الإجراءات النباتات وأنواع معينة من البكتيريا والطحالب لإنتاج الطاقة ، بغض النظر عن موطنها. ويطلق على توليف الطاقة باستخدام ثاني أكسيد الكربون والماء كمصدر أساسي للحصول على العناصر الغذائية من الهواء والماء عملية التمثيل الضوئي. هذه هي العملية الأساسية للكائن الحي الذي ينتج الغذاء بمفرده

في هذا المحتوى ، سننظر في الاختلاف الأساسي بين الأنواع الثلاثة من المسارات التي تتبعها النباتات وعدد قليل من الكائنات الحية الدقيقة ووصف صغير عنها.

رسم بياني للمقارنة

تعريف مسار C3 أو دورة كالفين.

تُعرف نباتات C3 بالنباتات الموسمية أو المعتدلة . تنمو بشكل أفضل عند درجة حرارة مثالية تتراوح بين 65 إلى 75 درجة فهرنهايت مع درجة حرارة التربة المناسبة عند 40-45 درجة فهرنهايت. هذه الأنواع من النباتات تظهر كفاءة عالية في درجات الحرارة العالية .

المنتج الأساسي لمحطات C3 هو حمض 3-كربون أو 3-فوسفوجليسيريك حمض (PGA) . يعتبر هذا المنتج الأول أثناء تثبيت ثاني أكسيد الكربون. يكتمل مسار C3 في ثلاث خطوات: الكربوكسيل ، التخفيض ، والتجديد.

تقلل نباتات C3 في ثاني أكسيد الكربون مباشرة في البلاستيدات الخضراء. بمساعدة الكاربوكسيلاز ثنائي الفوسفات الريبولوز (RuBPcase) ، يتم إنتاج جزيئين من حمض 3-الكربون أو 3-حمض الفسفوجليسريك . يبرر هذا 3- الفسفوجليريك اسم المسار على أنه C3.

في خطوة أخرى ، NADPH و ATP phosphorylate لإعطاء 3-PGA والجلوكوز. ثم تبدأ الدورة مرة أخرى عن طريق تجديد RuBP.

مسار C3 هو عملية خطوة واحدة ، تحدث في البلاستيدات الخضراء. هذه العضية بمثابة تخزين طاقة ضوء الشمس. يستخدم 85٪ من إجمالي النبات الموجود على وجه الأرض هذا المسار لإنتاج الطاقة.

يمكن أن تكون مصانع C3 معمرة أو سنوية. فهي بروتينية للغاية من النباتات C4. ومن الأمثلة على نباتات C3 السنوية القمح والشوفان والجاودار ، وتشمل نباتات المعمرة l الأعشاب والحشيش وبساتين العشب. توفر نباتات C3 كمية أعلى من البروتين من نباتات C4.

تعريف مسار C4 أو مسار Hatch و Slack.

النباتات ، وخاصة في المنطقة الاستوائية ، تتبع هذا المسار. قبل دورة Calvin أو C3 ، تتبع بعض النباتات مسار C4 أو Hatch و Slack. إنها عملية تتكون من خطوتين حيث يتم إنتاج حمض الأكسالوسيتيك (OAA) وهو مركب رباعي الكربون . يحدث في mesophyll وخلية غمد الحزمة الموجودة في البلاستيدات الخضراء.

عندما يتم إنتاج مركب 4-كربون ، يتم إرساله إلى خلية غمد الحزمة ، وهنا ينقسم جزيء الكربون 4 إلى ثاني أكسيد الكربون ومركب 3-cabon. في نهاية المطاف ، يبدأ مسار C3 في إنتاج الطاقة ، حيث يعمل المركب المكون من 3 كربون كسلائف.

تُعرف نباتات C4 أيضًا بالموسم الدافئ أو النباتات الاستوائية . يمكن أن تكون هذه معمرة أو سنوية ، درجة الحرارة المثالية للنمو لهذه النباتات هي 90-95 درجة فهرنهايت . تعتبر مصانع C4 أكثر كفاءة في استخدام النيتروجين وجمع ثاني أكسيد الكربون من التربة والجو. محتوى البروتين منخفض مقارنة بالنباتات C3.

حصلت هذه النباتات على اسمها من المنتج الذي يطلق عليه أوكسالات الأسيتات وهو 4 حمض كربون. ومن الأمثلة على نباتات C4 المعمرة العشب الهندي ، وبرمودا غراس ، والمفاتيح الكهربائية ، والبلستيم الكبير ، وأنواع نباتات C4 السنوية هي نباتات عشبية ، ذرة ، لؤلؤة.

تعريف نباتات CAM

الملاحظة الجديرة بالملاحظة التي تميز هذه العملية عن الاثنين أعلاه هي أنه في هذا النوع من التمثيل الضوئي يمتص الكائن الطاقة من ضوء الشمس في النهار ويستخدم هذه الطاقة في الليل لاستيعاب ثاني أكسيد الكربون.

إنه نوع من التكيف في وقت الجفاف الدوري. تسمح هذه العملية بتبادل الغازات في الليل عندما تكون درجة حرارة الهواء أكثر برودة ، وهناك فقدان بخار الماء.

قام حوالي 10٪ من نباتات الأوعية الدموية بتعديل عملية التمثيل الضوئي للطبقة CAM ، ولكنها توجد بشكل أساسي في النباتات التي تزرع في المنطقة الجافة. ومن الأمثلة على ذلك نباتات مثل الصبار والنشوة. حتى السحلبيات والبروميلياد تكيفت مع هذا المسار بسبب عدم انتظام إمدادات المياه.

في النهار ، يتم نزع الكربوكسيل من malate لتوفير CO2 لتثبيت دورة Benson-Calvin في الثغور المغلقة. السمة الرئيسية لنباتات CAM هي استيعاب ثاني أكسيد الكربون في الليل إلى حمض الماليك ، المخزنة في فجوة. يلعب PEP carboxylase الدور الرئيسي في إنتاج مالات.

الاختلافات الرئيسية في مصانع C3 و C4 و CAM.

أعلاه نناقش إجراء الحصول على الطاقة من هذه الأنواع المختلفة ، أدناه سنناقش الاختلافات الرئيسية بين ثلاثة:

1. يمكن تعريف مسار C3 أو نباتات C3 على أنه تلك المصانع اللطيفة التي يكون منتجها الأول بعد امتصاص الكربون من أشعة الشمس هو جزيء الكربون 3 أو حمض الفوسفوجليريك 3 لإنتاج الطاقة. هو الأكثر استخداما من قبل النباتات. في حين أن النباتات في المنطقة الاستوائية ، تحول طاقة ضوء الشمس إلى جزيء الكربون C4 أو حمض الأكسالواسيتيك ، تحدث هذه الدورة قبل دورة C3 ثم بمساعدة الإنزيمات تحمل عملية أخرى للحصول على المغذيات ، وتسمى النباتات C4 ويسمى المسار كمسار C4. هذا المسار أكثر كفاءة من مسار C3. من ناحية أخرى ، فإن النباتات التي تقوم بتخزين الطاقة من الشمس في النهار ثم تحويلها إلى طاقة ليلاً تتبع عملية التمثيل الغذائي CAM أو استقلاب حمض crassulacean .
2. الخلايا المشاركة في مسار C3 هي خلايا ميزوفيل وإلى مسار C4 هي خلايا ميزوفيل ، وخلايا غمد الحزمة ، لكن CAM تتبع كل من C3 و C4 في نفس خلايا الميزوفيل.
3. مثال على C3 هي عباد الشمس ، والسبانخ ، والفاصوليا ، والأرز ، والقطن ، في حين أن مثال نباتات C4 هو قصب السكر ، والذرة الرفيعة ، والذرة ، ونبات الصبار ، هي نباتات CAM.
4. يمكن رؤية C3 في جميع نباتات التمثيل الضوئي ، بينما يتبع C4 نباتات استوائية و CAM بواسطة نباتات شبه قاحلة.
5. أنواع النباتات التي تستخدم دورة C3 هي mesophytic ، ماء ، xerophytic لكن C4 يتبع في نباتات mesophytic ويتبع Xerophytic CAM.
6. التنفس الضوئي موجود في المعدل الأعلى بينما لا يمكن اكتشافه بسهولة في C4 و CAM.
7. 12 NADPH و 18 ATPs في دورة C3 ؛ مطلوب 12 NADPH و 30 ATPs في C4 و 12 NADPH و 39 ATPs لإنتاج الجلوكوز.
8. 3-phosphoglycerate (3-PGA) هو أول منتج مستقر لمسار C3 ؛ Oxaloacetate (OAA) لمسار C4 و Oxaloacetate (OAA) ليلاً ، 3 PGA في وضح النهار في CAM.
9. درجة الحرارة المثلى لعملية التمثيل الضوئي في C3 هي 15-25 درجة مئوية ؛ 30-40 درجة مئوية في مصانع C4 و> 40 درجة مئوية في CAM
10. إنزيم الكربوكسيل هو RuBP carboxylase في مصانع C3 ، ولكن في مصانع C4 هو PEP carboxylase (في mesophyll) و RuBP carboxylase (في غمد الحزمة) بينما في CAM يكون PEP carboxylase (في الظلام) و RuBP carboxylase (في الضوء).
11. ثاني أكسيد الكربون: ATP: نسبة NADPH2 1: 3: 2 في C3 ، 1: 5: 2 في C4 و 1: 6.5: 2 في CAM.
12. إن مستقبل CO2 الأولي هو Ribulose-1،5-biphophate (RuBP) في مسار C3 و Phosphoenolpyruvate (PEP) في C4 و CAM.
13. تشريح كرانز موجود في مسار C4 فقط ، وهو غير موجود في نباتات C3 و CAM.
14. نقطة تعويض ثاني أكسيد الكربون (ppm) هي 30-70 في مصنع C3 ؛ 6-10 في نباتات C4 و0-5 في الظلام في CAM.

استنتاج

ندرك جميعًا حقيقة أن النباتات تعد طعامها من خلال عملية البناء الضوئي. أنها تحول ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى الغذاء النباتي أو الطاقة (الجلوكوز). ولكن مع نمو النباتات في الموائل المختلفة ، يكون لها ظروف جوية ومناخية مختلفة ؛ تختلف في عملية اكتساب الطاقة.

كما هو الحال في مسارات C4 و CAM ، تم تكيف اثنين من خلال الانتقاء الطبيعي ، من أجل بقاء النباتات ذات درجة الحرارة العالية والمنطقة القاحلة. لذا يمكننا القول أن هذه هي الطرق البيوكيميائية المتميزة الثلاث ، للنباتات للحصول على الطاقة و C3 هي الأكثر شيوعًا بينها.