ההבדל העיקרי - מחזור C3 מול C4

מחזור C3 ו- C4 הם שני סוגים של תגובות מחזוריות המתרחשות כתגובה האפלה של הפוטוסינתזה. פוטוסינתזה היא ייצור מולקולות אורגניות פשוטות, גלוקוז ממולקולות אנאורגניות, פחמן דו חמצני ומים, תוך שימוש באור השמש כמקור האנרגיה. במהלך הפוטוסינתזה, אחרי התגובה האור מגיעה התגובה האפלה. מחזור C3 נקרא גם מחזור קלווין, ואילו מחזור C4 נקרא Hatch-Slack מעגל. ה ההבדל העיקרי בין מחזור C3 ל- C4 היא התרכובת היציבה הראשונה המיוצרת מתגובות אלו; התרכובת היציבה הראשונה המיוצרת במחזור C3 היא תרכובת של שלושה פחמנים הנקראת 3-פוספוגליצרית (PGA) ואילו התרכובת היציבה הראשונה המיוצרת במחזור C4 היא תרכובת של ארבעה פחמן הנקראת חומצה אוקסלואטית (OAA).

מאמר זה בוחן,

1. מהו C3 Cycle - מאפיינים, תהליך, פונקציה 2. מהו C4 Cycle - מאפיינים, תהליך, פונקציה 3. מה ההבדל בין C3 ו- C4 Cycle

מהו C3 Cycle

מחזור C3 הוא אחד משני מסלולי התגובה שיכולים להתרחש בתגובה האפלה של הפוטוסינתזה. הוא מופיע בכל הצמחים. שלושה שלבים נצפים במחזור C3. במהלך השלב הראשון, פחמן דו חמצני מתוקן לריבוולוז 1, 5-ביספוספט, ויוצר תרכובת פחמנית לא יציבה של שש פחמן, אשר לאחר מכן מתייבשת לשלושה תרכובות פחמן, 3-פוספוגליצרט. קיבוע פחמן דו חמצני מזורז על ידי האנזים, רוביסקו, הנמצא על פני השטח הסטרומלי של קרום התאילוקואיד בכלורופלסט. הקיבוע של פחמן דו חמצני הוא השלב המגביל את קצב מחזור C3. בשל חוסר השלמות הקטליטי של האנזים, רוביסקו, האנזים מגיב עם חמצן מולקולרי על ידי תהליך הנקרא פוטורספירציה. שתי מולקולות של 3-פוספוגליצרט נוצרות על ידי השלב הראשון של מחזור C3 לכל קיבוע פחמן דו חמצני יחיד. במהלך השלב השני, מולקולה אחת של 3-פוספוגליצראט מצטמצמת ויוצרת שלושה סוגים של פוספטים הקסוזים: פרוקטוז 6-פוספט, גלוקוז 6-פוספט וגלוקוז 1-פוספט. הנותר 3-פוספוגליצראט ממוחזר ויוצר ריבוולוז 1, 5-ביספוספט. מחזור C3 מוצג באיור 1.

איור 1: מחזור C3

מהו C4 Cycle

מחזור C4 הוא מסלול התגובה השני המתרחש בתגובה האפלה של הפוטוסינתזה. הצמחים, הגדלים בסביבות חמות ויבשות כמו קני סוכר, תירס ודשא, משתמשים במסלול C4 במהלך הפוטוסינתזה. הנקבוביות המחליפות גז נשמרות צמודות רוב היום במפעלים אלה על מנת להפחית את אובדן הלחות המופרז בתנאים יבשים וחמים. בכך, ריכוז הפחמן הדו חמצני בתוך עלי הצמחים מצטמצם גם בשל התקדמות מחזור C3. כאשר ריכוז הפחמן הדו חמצני נמוך, פוטורספירציה משתפרת, מה שמפחית את יעילות הפוטוסינתזה. על מנת להגביר את יעילות הפוטוסינתזה בתנאים יבשים וחמים, צמחי C4 אלה מנהלים את מחזור C4.

שני סוגים של תאים מעורבים במחזור C4: תאי מזופיל ותאי נדן. רקמת כלי הדם של העלה מוקפת בתאי נדן צרור. מבנה העלה של צמחי C4 מתואר על ידי האנטומיה של קראנץ. פוספנול פירובט מגיב עם פחמן דו חמצני בתאי המזופיל ויוצר אוקסלואצטט, שהוא תרכובת של ארבעה פחמן. התגובה מזרזת על ידי אנזים פוספנול פירובט קרבוקסילאז, שאינו רגיש לחמצן. Oxaloacetate מצטמצם לאחר מכן ל- malate, המועבר לתאי נדן צרור. בתאי מעטפת החבילה, malate decarboxylated על ידי הסרת פחמן דו חמצני, נכנס למחזור C3. מחזור C4 מוצג באיור 2.

איור 2: מחזור C4

ההבדל בין C3 ו- C4 Cycle

תרכובת יציבה ראשונה

מחזור C3: התרכובת היציבה הראשונה המיוצרת במחזור C3 היא תרכובת בעלת שלושה פחמנים הנקראת 3-פוספוגליצרית.

מחזור C4: התרכובת היציבה הראשונה המיוצרת במחזור C4 היא תרכובת של ארבעה פחמן הנקראת חומצה אוקסלואטית.

תצפית ראשונה

מחזור C3: מחזור C3 נצפה לראשונה על ידי מלווין קלווין.

מחזור C4: מחזור C4 נצפה לראשונה על ידי Hatch ו- Slack.

שמות חלופיים

מחזור C3: מחזור C3 נקרא מחזור קלווין.

מחזור C4: מחזור C4 נקרא Hatch-Slack cycle.

נוכחות

מחזור C3: מחזור C3 נמצא בכל הצמחים.

מחזור C4: מחזור C4 נמצא רק בצמחי C4 כמו דורה ותירס.

מקבל פחמן דו חמצני ראשוני

מחזור C3: מקבל הפחמן הדו חמצני העיקרי הוא תרכובת של חמישה פחמן, Ribulose bi phosphate (RUBP).

מחזור C4: מקבל הפחמן הדו -חמצני העיקרי הוא תרכובת פחמנית בת שלוש חומצות, פוספנול חומצה פירובית (PEP).

אנזים קרבוקסילאז

מחזור C3: אנזים הקרבוקסילאז הוא רוביסקו במפעלים C3.

מחזור C4: אנזימי הקרבוקסילאז הם PEP קרבוקסילאז ורוביסקו.

קיבוע פחמן

מחזור C3: קיבוע פחמן יחיד מתרחש במחזור C3.

מחזור C4: קיבעוני פחמן כפולים מתרחשים במחזור C4.

יעילות בקיבוע פחמן

מחזור C3: קיבוע פחמן פחות יעיל ואיטי במחזור C3.

מחזור C4: קיבוע פחמן יעיל ומהיר יותר במחזור C4.

דרישות קיבוע הפחמן

מחזור C3: הקיבוע של מולקולת פחמן אחת דורש 3 ATP ו- 2 NADH.

מחזור C4: הקיבוע של קיבוע פחמן יחיד דורש 5 ATP ו- 3 NADH.

סוגי כלורופלסטים

מחזור C3: כלורופלסטים גרגירים מעורבים במחזור C3.

מחזור C4: כלורופלסטים גרגירים וגרגוניים מעורבים במחזור C4.

אנטומיה של קראנץ בעלים

מחזור C3: האנטומיה של קראנץ נעדרת בעלים של צמחי C3.

מחזור C4: האנטומיה של קראנץ נמצאת בעלים של צמחי C4.

תאים

מחזור C3: מחזור C3 מתבצע על ידי תאי מזופיל.

מחזור C4: מחזור C4 מתבצע על ידי תאי מזופיל ותאי נדן צרור.

טמפרטורה אופטימלית

מחזור C3: הטמפרטורה האופטימלית של מחזור C3 היא 20-25 מעלות צלזיוס.

מחזור C4: הטמפרטורה האופטימלית של מחזור C4 היא 30-45 מעלות צלזיוס.

בריכוז פחמן דו חמצני נמוך מאוד

מחזור C3: מחזור C3 אינו מסוגל להמשיך בריכוזי פחמן דו חמצני נמוך במיוחד.

מחזור C4: מחזור C4 יכול להתקדם בריכוז פחמן דו חמצני נמוך מאוד.

השפעת החמצן

מחזור C3: מחזור C3 מעוכב על ידי חמצן.

מחזור C4: אין עיכוב של מחזור c4 עם מחזור C4.

אוֹר שֶׁמֶשׁ

מחזור C3: מחזור C3 יכול להיות רווי באור שמש.

מחזור C4: מחזור C4 אינו רווי באור השמש.

אנטי -צילום

מחזור C3: כמות ניכרת של photorespiration נצפתה במחזור C3.

מחזור C4: כמות זניחה של פוטורספירציה נצפית במחזור C4.

סיכום

מחזור C3 ו- C4 הם שני סוגי התגובות הכהות המתרחשות במהלך הפוטוסינתזה. מחזור C3 מתרחש בכל הצמחים בטווח של 20-25 מעלות צלזיוס, ואילו מחזור C4 מתרחש רק בצמחי C4 בטווח של 30-45 מעלות צלזיוס. במהלך מחזור C3, אירוע קיבוע פחמן יחיד נצפה ואילו במהלך מחזור C4, נצפים שני אירועי קיבוע פחמן. Photorespiration מתרחשת במהלך מחזור C3 אך כמויות זניחות של photorespiration מתרחשות במהלך מחזור C4. היעילות של מחזור C3 נמוכה בהשוואה ליעילות מחזור C4. ההבדל העיקרי בין מחזור C3 ו- C4 הוא מספר הפחמנים בתרכובת היציבה הראשונה המיוצרת בכל מחזור.

הפניה: 1. ברג, ג'רמי מ. "מחזור קלווין מסנתז הקסוזות מפחמן דו חמצני ומים." בִּיוֹכִימִיָה. מהדורה חמישית. הספרייה הלאומית לרפואה בארה"ב, 01 בינואר 1970. אינטרנט. 16 באפריל 2017. 2. לודיש, הארווי. "מטבוליזם CO2 במהלך הפוטוסינתזה." ביולוגיה של תאים מולקולריים. מהדורה רביעית. הספרייה הלאומית לרפואה בארה"ב, 01 בינואר 1970. אינטרנט. 16

תמונה באדיבות: 1. "Calvin-cycle4" מאת מייק ג'ונס-יצירה משלו (CC BY-SA 3.0) באמצעות Commons Wikimedia 2. "HatchSlackpathway2" מאת HatchSlackpathway.svg: *HatchSlackpathway.png: עבודות נגזרות של אדנוזין: עבודות נגמרות: אדנוזין (שיחה)-HatchSlackpathway.svg (CC BY-SA 2.5) באמצעות Commons Wikimedia