Unterschied zwischen C3- und C4-Zyklus - Unterschied Zwischen

Unterschied zwischen C3- und C4-Zyklus

Hauptunterschied - C3 vs. C4-Zyklus

C3- und C4-Zyklus sind zwei Arten von zyklischen Reaktionen, die als Dunkelreaktion der Photosynthese auftreten. Photosynthese ist die Produktion einfacher organischer Moleküle, Glukose aus anorganischen Molekülen, Kohlendioxid und Wasser, wobei Sonnenlicht als Energiequelle verwendet wird. Während der Photosynthese folgt auf die Lichtreaktion die Dunkelreaktion. Der C3-Zyklus wird auch aufgerufen Calvin-Zyklus, während der C4-Zyklus aufgerufen wird Hatch-Slack-Zyklus. Das Hauptunterschied zwischen C3 und C4 ist die erste stabile Verbindung, die durch diese Reaktionen hergestellt wird; Die erste stabile Verbindung, die im C3-Zyklus hergestellt wird, ist eine Drei-Kohlenstoff-Verbindung, die als 3-Phosphoglycerinsäure (PGA) bezeichnet wird. wohingegen Die erste stabile Verbindung, die im C4-Zyklus hergestellt wird, ist eine Verbindung mit vier Kohlenstoffatomen, die als Oxalessigsäure (OAA) bezeichnet wird. 

Dieser Artikel untersucht,

1. Was ist C3-Zyklus?
      - Merkmale, Prozess, Funktion
2. Was ist C4-Zyklus?
      - Merkmale, Prozess, Funktion
3. Was ist der Unterschied zwischen C3- und C4-Zyklus?


Was ist der C3-Zyklus?

Der C3-Zyklus ist einer der zwei Reaktionswege, die in der Dunkelreaktion der Photosynthese auftreten können. Es kommt in allen Pflanzen vor. Im C3-Zyklus werden drei Schritte beobachtet. Während des ersten Schritts wird Kohlendioxid in Ribulose-1,5-bisphosphat fixiert, wobei eine instabile Verbindung mit sechs Kohlenstoffatomen gebildet wird, die dann zu drei Kohlenstoffverbindungen, 3-Phosphoglycerat, hydrolysiert wird. Die Kohlendioxid-Fixierung wird durch das Enzym Rubisco katalysiert, das sich in der stromalen Oberfläche der Thylakoidmembran im Chloroplasten befindet. Die Fixierung von Kohlendioxid ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt des C3-Zyklus. Aufgrund der katalytischen Unvollkommenheit des Enzyms Rubisco reagiert das Enzym mit molekularem Sauerstoff durch einen Prozess, der als Photorespiration bezeichnet wird. Durch die erste Stufe des C3-Zyklus werden pro Molekül eine einzige Kohlendioxidfixierung zwei Moleküle 3-Phosphoglycerat gebildet. Im zweiten Schritt wird ein Molekül 3-Phosphoglycerat reduziert, wobei drei Arten von Hexosephosphaten gebildet werden: Fructose-6-phosphat, Glucose-6-phosphat und Glucose-1-phosphat. Das verbleibende 3-Phosphoglycerat wird recycelt, wobei Ribulose-1,5-bisphosphat gebildet wird. Der C3-Zyklus ist in dargestellt Abbildung 1.


Abbildung 1: C3-Zyklus

Was ist C4-Zyklus?

Der C4-Zyklus ist der andere Reaktionsweg, der in der Dunkelreaktion der Photosynthese auftritt. Die Pflanzen, die in heißen und trockenen Umgebungen wie Zuckerrohr, Mais und Krabbengras wachsen, nutzen den C4-Weg während der Photosynthese. Die Gasporen-Poren werden in diesen Anlagen fast den ganzen Tag über dicht gehalten, um den übermäßigen Feuchtigkeitsverlust bei trockenen und heißen Bedingungen zu reduzieren. Dadurch wird auch die Kohlendioxidkonzentration in Pflanzenblättern durch das Fortschreiten des C3-Zyklus verringert. Wenn die Kohlendioxidkonzentration niedrig ist, wird die Photorespiration erhöht, wodurch die Effizienz der Photosynthese verringert wird. Um die Effizienz der Photosynthese unter trockenen und heißen Bedingungen zu steigern, führen diese C4-Pflanzen den C4-Zyklus durch.

Am C4-Zyklus sind zwei Arten von Zellen beteiligt: ​​Mesophyllzellen und Bündelzellen. Das Gefäßgewebe des Blattes ist von Bündelzellen umgeben. Die Struktur des Blattes von C4-Pflanzen wird durch die Anatomie von Kranz beschrieben. Phosphoenolpyruvat reagiert mit Kohlendioxid in den Mesophyllzellen unter Bildung von Oxalacetat, einer Verbindung mit vier Kohlenstoffatomen. Die Reaktion wird durch das gegenüber Sauerstoff unempfindliche Phosphoenolpyruvatcarboxylaseenzym katalysiert. Oxaloacetat wird dann zu Malat reduziert, das in Bündelhüllenzellen überführt wird. In den Zellen der Bündelhüllen wird Malat durch Entfernung des Kohlendioxids decarboxyliert, das in den C3-Zyklus eintritt. Der C4-Zyklus ist in dargestellt Figur 2.


Abbildung 2: C4-Zyklus

Unterschied zwischen C3- und C4-Zyklus

Erste stabile Verbindung

C3-Zyklus: Die erste stabile Verbindung, die im C3-Zyklus hergestellt wird, ist eine Drei-Kohlenstoff-Verbindung, die als 3-Phosphoglycerinsäure bezeichnet wird.

C4-Zyklus: Die erste stabile Verbindung, die im C4-Zyklus hergestellt wird, ist eine Verbindung mit vier Kohlenstoffatomen, die als Oxalessigsäure bezeichnet wird.

Erste Beobachtung

C3-Zyklus: Der C3-Zyklus wurde erstmals von Melvin Calvin beobachtet.

C4-Zyklus: Der C4-Zyklus wurde zuerst von Hatch und Slack beobachtet.

Alternative Namen

C3-Zyklus: Der C3-Zyklus wird als Calvin-Zyklus bezeichnet.

C4-Zyklus: Der C4-Zyklus wird als Hatch-Slack-Zyklus bezeichnet.

Gegenwart

C3-Zyklus: Ein C3-Zyklus wird in allen Pflanzen gefunden.

C4-Zyklus: Der C4-Zyklus wird nur in C4-Pflanzen wie Sorghum und Mais gefunden.

Primärer Kohlendioxidakzeptor

C3-Zyklus: Der primäre Kohlendioxidakzeptor ist eine Verbindung mit fünf Kohlenstoffatomen, Ribulose-Biophosphat (RUBP).

C4-Zyklus: Der primäre Kohlendioxidakzeptor ist eine Drei-Kohlenstoff-Verbindung, Phosphoenolbrenztraubensäure (PEP).

Carboxylase-Enzym

C3-Zyklus: Das Carboxylaseenzym ist Rubisco in C3-Pflanzen.

C4-Zyklus: Die Carboxylaseenzyme sind PEP-Carboxylase und Rubisco.

Kohlenstoff-Fixierung

C3-Zyklus: Eine einzelne Kohlenstofffixierung findet im C3-Zyklus statt.

C4-Zyklus: Doppelkohlenstofffixierungen treten im C4-Zyklus auf.

Effizienz bei der Carbon-Fixierung

C3-Zyklus: Die Kohlenstoff-Fixierung ist im C3-Zyklus weniger effizient und langsam.

C4-Zyklus: Die Carbon-Fixierung ist im C4-Zyklus effizienter und schneller.

Anforderungen an die Carbon-Fixierung

C3-Zyklus: Die Fixierung eines einzelnen Kohlenstoffmoleküls erfordert 3 ATP und 2 NADH.

C4-Zyklus: Die Fixierung einer einzelnen Kohlenstofffixierung erfordert 5 ATP und 3 NADH.

Arten von Chloroplasten

C3-Zyklus: Granuläre Chloroplasten sind am C3-Zyklus beteiligt.

C4-Zyklus: Granulare und agranuläre Chloroplasten sind am C4-Zyklus beteiligt.

Kranz-Anatomie in Blättern

C3-Zyklus: In den Blättern der C3-Pflanzen fehlt die Anatomie von Kranz.

C4-Zyklus: Die Anatomie von Kranz ist in den Blättern der C4-Pflanzen vorhanden.

Zellen

C3-Zyklus: Der C3-Zyklus wird von Mesophyllzellen durchgeführt.

C4-Zyklus: Der C4-Zyklus wird sowohl von Mesophyllzellen als auch von Bündelhüllzellen ausgeführt.

Optimale Temperatur

C3-Zyklus: Die optimale Temperatur des C3-Zyklus beträgt 20-25 Grad Celsius.

C4-Zyklus: Die optimale Temperatur des C4-Zyklus beträgt 30 bis 45 Grad Celsius.

Bei sehr niedrigen Kohlendioxidkonzentrationen

C3-Zyklus: Der C3-Zyklus kann bei sehr niedrigen Kohlendioxidkonzentrationen nicht ablaufen.

C4-Zyklus: Der C4-Zyklus kann bei sehr niedrigen Kohlendioxidkonzentrationen ablaufen.

Wirkung von Sauerstoff

C3-Zyklus: Der C3-Zyklus wird durch Sauerstoff gehemmt.

C4-Zyklus: Beim C4-Zyklus wird keine Hemmung des c4-Zyklus beobachtet.

Sonnenlicht

C3-Zyklus: Der C3-Zyklus kann mit Sonnenlicht gesättigt sein.

C4-Zyklus: Der C4-Zyklus sättigt sich nicht bei Sonnenlicht.

Fotorespiration

C3-Zyklus: Im C3-Zyklus wird eine beträchtliche Menge an Photorespiration beobachtet.

C4-Zyklus: Im C4-Zyklus wird eine vernachlässigbare Menge an Photorespiration beobachtet.

Fazit

C3- und C4-Zyklus sind die zwei Arten von Dunkelreaktionen, die während der Photosynthese auftreten. Der C3-Zyklus tritt in allen Anlagen bei 20-25 Grad Celsius auf, während der C4-Zyklus nur in C4-Anlagen bei 30-45 Grad Celsius auftritt. Während des C3-Zyklus wird ein einzelnes Kohlenstofffixierungsereignis beobachtet, während während des C4-Zyklus zwei Kohlenstofffixierungsereignisse beobachtet werden. Photorespiration tritt während des C3-Zyklus auf, aber vernachlässigbare Mengen an Photorespiration treten während des C4-Zyklus auf. Die Effizienz des C3-Zyklus ist im Vergleich zur Effizienz des C4-Zyklus niedrig. Der Hauptunterschied zwischen dem C3- und dem C4-Zyklus ist die Anzahl der Kohlenstoffe in der ersten stabilen Verbindung, die in jedem Zyklus erzeugt wird.

Referenz:
1. Berg, Jeremy M. "Der Calvin-Zyklus synthetisiert Hexosen aus Kohlendioxid und Wasser." Biochemie. 5. Auflage. US National Library of Medicine, 01. Januar 1970. Web. 16. April 2017.
2. Lodish, Harvey. "CO2-Metabolismus während der Photosynthese." Molekulare Zellbiologie. 4. Ausgabe. US National Library of Medicine, 01. Januar 1970. Web. 16

Bildhöflichkeit:
1. „Calvin-cycle4“ Von Mike Jones - Eigene Arbeit