Differenza tra piante C3 e C4
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Differenza principale - Piante C3 vs C4
Le piante C3 e C4 sono due tipi di piante che usano rispettivamente cicli C3 e C4 durante la reazione oscura della fotosintesi. Circa il 95% delle piante sulla terra sono piante C3. La canna da zucchero, il sorgo, il mais e le erbe sono piante C4. Le foglie delle piante C4 esibiscono l'anatomia di Kranz. Le piante C4 sono capaci di fotosintesi anche in basse concentrazioni di anidride carbonica e in condizioni calde e secche. Pertanto, l'efficienza della fotosintesi negli impianti C4 è superiore alla sua efficienza nelle piante C3. Il differenza principale tra le piante C3 e C4 è quello si osservano fissazioni singole di anidride carbonica nelle piante C3 e si osserva una doppia fissazione del biossido di carbonio nelle piante C4.
Questo articolo esplora,
1. Cosa sono le piante C3
- Definizione, caratteristiche, caratteristiche, esempi
2. Cosa sono le piante C4
- Definizione, caratteristiche, caratteristiche, esempi
3. Qual è la differenza tra le piante C3 e C4
Cosa sono le piante C3
Le piante C3 usano il ciclo di Calvin come meccanismo per la reazione al buio nella fotosintesi. Il primo composto stabile prodotto nel ciclo di Calvin è il 3-fosfoglicerato. Poiché il 3-fosfoglicerato è un composto di tre carbonio, il ciclo di Calvin è chiamato ciclo C3. Le piante C3 fissano direttamente l'anidride carbonica dall'enzima, la bisolfosfato carbossilasi (rubisco). Questa fissazione si verifica nei cloroplasti delle cellule del mesofillo. Il ciclo C3 avviene in tre fasi. Durante la prima fase, il biossido di carbonio viene fissato nei cinque zuccheri di carbonio, il ribofosfato di 1,5-bisfosfato, che viene alternativamente idrolizzato in 3-fosfoglicerato. Alcuni dei 3-fosfoglicerati sono ridotti in esosfosfati come il glucosio 6-fosfato, il glucosio 1-fosfato e il fruttosio 6-fosfato durante il secondo stadio. Il restante 3-fosfoglicerolo viene riciclato, formando 1,5-fosfato di ribosio.
L'intervallo di temperatura ottimale delle piante C3 è 65-75 gradi Fahrenheit. Quando la temperatura del suolo raggiunge i 40-45 gradi Fahrenheit, le piante C3 iniziano a crescere. Pertanto, vengono chiamate piante C3 piante di stagione fredda. L'efficienza della fotosintesi diventa bassa con l'aumento della temperatura. Durante la primavera e l'autunno, le piante C3 diventano produttive a causa dell'elevata umidità del suolo, del fotoperiodo più corto e della temperatura fredda. Durante l'estate, le piante C3 sono meno produttive a causa delle alte temperature e della minore umidità del suolo. Le piante C3 possono essere piante annuali come grano, avena e segale o piante perenni come festoni e frutteti. Una sezione trasversale della foglia di Arabidopsis thaliana, che è una pianta C3 è mostrato in Figura 1. Le celle del fagotto sono mostrate in rosa.
Figura 1: foglia Arabidopsis thaliana
Cosa sono le piante C4
Le piante C4 usano il ciclo Hatch-Stack come meccanismo di reazione nella reazione oscura della fotosintesi. Il primo composto stabile prodotto nel ciclo Hatch-Stack è l'ossaloacetato. Poiché l'ossalacetato è un composto a quattro carbonio, il ciclo Hatch-Stack è chiamato ciclo C4. Le piante C4 fissano il biossido di carbonio due volte, nelle cellule del mesofillo e poi nelle cellule del fagotto, dagli enzimi, fosfoenolo piruvato carbossilasi e ribofosfato fosfato carbossilico (rubisco) rispettivamente. Phosphoenol piruvato nelle cellule del mesofillo è condensato con anidride carbonica, formando l'ossalacetato. Questo ossalacetato diventa malato per poter essere trasferito nelle cellule del fagotto. All'interno delle cellule del fagotto, il malato viene decarbossilato, rendendo disponibile il biossido di carbonio per il ciclo di Calvin in queste cellule. Quindi il biossido di carbonio viene fissato per la seconda volta all'interno delle cellule della guaina del fascio.
La temperatura ottimale delle piante C4 è 90-95 gradi Fahrenheit. Le piante C4 iniziano a crescere a 60-65 gradi Fahrenheit. Pertanto, le piante C4 sono chiamate piante tropicali o di stagione calda. Le piante C4 sono più efficienti nella raccolta di anidride carbonica e acqua dal suolo. I pori dello stomaco che si scambiano i gas vengono tenuti chiusi durante la maggior parte delle ore del giorno al fine di ridurre l'eccessiva perdita di umidità in condizioni secche e calde. Le piante annuali C4 sono mais, perle e sudangrass. Le piante C4 perenni sono bermudagrass, erba indiana e panico vergine. Le foglie delle piante C4 esibiscono l'anatomia di Kranz. Le cellule guaine fasci fotosintetici coprono i tessuti vascolari della foglia. Queste cellule del fagotto sono circondate da cellule mesofile. Una sezione trasversale di una foglia di mais mostra l'anatomia di Kranz figura 2.
Figura 2: foglia di mais
Differenza tra piante C3 e C4
Nomi alternativi
Piante C3: Le piante C3 sono chiamate piante fresche di stagione.
Piante C4: Le piante C4 sono chiamate piante di stagione calda.
Kranz Anatomy
Piante C3: Le foglie delle piante C3 non hanno l'anatomia di Kranz.
Piante C4: Le foglie delle piante C4 possiedono l'anatomia di Kranz.
cellule
Piante C3: Nelle piante C3, la reazione oscura viene effettuata dalle cellule del mesofillo. Le cellule del fagotto bundle sono prive di cloroplasti.
Piante C4: Nelle piante C4, la reazione oscura viene effettuata da entrambe le cellule mesofile e cellule guaine bundle.
cloroplasti
Piante C3: I cloroplasti delle piante C3 sono monomorfici. Le piante C3 contengono solo cloroplasti granulari.
Piante C4: I cloroplasti delle piante C4 sono dimorfici. Le piante C4 contengono sia cloroplasti granulari che agranulari.
Reticolo periferico
Piante C3: I cloroplasti delle piante C3 mancano di un reticolo periferico.
Piante C4: I cloroplasti delle piante C4 contengono un reticolo periferico.
Photosystem II
Piante C3: I cloroplasti delle piante C3 sono composti da PS II.
Piante C4: I cloroplasti delle piante C4 non sono costituiti da PS II.
stomi
Piante C3: La fotosintesi è inibita quando gli stomi sono chiusi.
Piante C4: La fotosintesi si verifica anche quando gli stomi sono chiusi.
Fissazione dell'anidride carbonica
Piante C3: Una singola fissazione di anidride carbonica si verifica nelle piante C3.
Piante C4: Le fissazioni con doppio biossido di carbonio si verificano nelle piante C4.
Efficienza nella fissazione dell'anidride carbonica
Piante C3: La fissazione del biossido di carbonio è meno efficiente e lenta nelle piante C3.
Piante C4: La fissazione del biossido di carbonio è più efficiente e veloce negli impianti C4.
Efficienza della fotosintesi
Piante C3: La fotosintesi è meno efficiente nelle piante C3.
Piante C4: La fotosintesi è efficace nelle piante C4.
fotorespirazione
Piante C3: La fotorespirazione si verifica nelle piante C3 quando la concentrazione di anidride carbonica è bassa.
Piante C4: Non si osserva fotorespirazione a basse concentrazioni di biossido di carbonio.
Temperatura ottimale
Piante C3: L'intervallo di temperatura ottimale delle piante C3 è 65-75 gradi Fahrenheit.
Piante C4: L'intervallo di temperatura ottimale delle piante C4 è 90-95 gradi Fahrenheit.
Enzima carbossilasi
Piante C3: L'enzima carbossilasi è rubisco in piante C3.
Piante C4: L'enzima carbossilasi è la carbossilasi e il rubisco PEP nelle piante C4.
Primo composto stabile nella reazione oscura
Piante C3: Il primo composto stabile prodotto nel ciclo C3 è un composto a tre carbonio chiamato acido 3-fosfoglicerico.
Piante C4: Il primo composto stabile prodotto nel ciclo C4 è un composto a quattro carbonio chiamato acido ossalacetico.
Contenuto proteico della pianta
Piante C3: Le piante C3 contengono un alto contenuto proteico.
Piante C4: Le piante C4 contengono un basso contenuto proteico rispetto alle piante C3.
Conclusione
Le piante C3 e C4 utilizzano reazioni metaboliche distinte durante la reazione oscura della fotosintesi. Le piante C3 usano il ciclo Calvin mentre le piante C4 usano il ciclo Hatch-Slack. Nelle piante C3, la reazione oscura si verifica nelle cellule del mesofillo mediante fissazione del biossido di carbonio direttamente in ribofosfato di 1,5-bisfosfato. Nelle piante C4, l'anidride carbonica viene fissata nel fosfoenolo piruvato, formando il malato per trasferirsi nelle cellule della guaina del fascio in cui si verifica il ciclo di Calvin. Pertanto, il biossido di carbonio è fissato due volte nelle piante C4. Per adattarsi al meccanismo C4, le foglie delle piante C4 mostrano l'anatomia di Kranz. L'efficienza della fotosintesi è elevata nelle piante C4 rispetto alle piante C3. Le piante C4 sono in grado di eseguire la fotosintesi anche dopo la chiusura degli stomi. Pertanto, la principale differenza tra le piante C3 e C4 sono le loro reazioni metaboliche, che operano durante la reazione oscura della fotosintesi.
Riferimento:
1. Berg, Jeremy M. "Il ciclo Calvin sintetizza esidi da anidride carbonica e acqua." Biochimica. 5a edizione. U.S. National Library of Medicine, 01 gennaio 1970. Web. 16 aprile 2017.
2. Lodish, Harvey. "Metabolismo della CO2 durante la fotosintesi". Biologia molecolare cellulare. 4a edizione. U.S. National Library of Medicine, 01 gennaio 1970. Web. 16 aprile 2017.
Cortesia dell'immagine:
1. "Sezione trasversale di Arabidopsis thaliana, una pianta C3" di Ninghui Shi - Opera propria (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. "Sezione trasversale del mais, un impianto C4" di Ninghui Shi - Opera propria, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
