Sự khác biệt chính - Chu trình C3 và C4

Chu trình C3 và C4 là hai loại phản ứng tuần hoàn xảy ra như phản ứng tối của quang hợp. Quang hợp là sản xuất các phân tử hữu cơ đơn giản, glucose từ các phân tử vô cơ, carbon dioxide và nước, sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng. Trong quá trình quang hợp, phản ứng sáng được nối tiếp với phản ứng tối. Chu trình C3 còn được gọi là Chu trình calvin, trong khi chu trình C4 được gọi là Chu kỳ Hatch-Slack. Các Sự khác biệt chính giữa chu trình C3 và C4 là hợp chất bền đầu tiên được tạo ra bởi các phản ứng này; hợp chất ổn định đầu tiên được tạo ra trong chu trình C3 là hợp chất ba cacbon được gọi là axit 3-photphoglyceric (PGA) nhưng trái lại hợp chất ổn định đầu tiên được tạo ra trong chu trình C4 là hợp chất bốn cacbon được gọi là axit oxaloacetic (OAA).

Bài viết này khám phá,

1. Chu trình C3 là gì - Đặc điểm, Quy trình, Chức năng 2. Chu trình C4 là gì - Đặc điểm, Quy trình, Chức năng 3. Sự khác biệt giữa Chu trình C3 và C4

Chu trình C3 là gì

Chu trình C3 là một trong hai con đường phản ứng có thể xảy ra trong phản ứng tối của quang hợp. Nó xảy ra ở tất cả các loài thực vật. Ba bước được quan sát trong chu trình C3. Trong bước đầu tiên, carbon dioxide được cố định thành ribulose 1, 5-bisphosphate, tạo thành hợp chất sáu carbon không bền, sau đó được thủy phân thành hợp chất ba carbon, 3-phosphoglycerate. Sự cố định carbon dioxide được xúc tác bởi enzyme, rubisco, được tìm thấy trong bề mặt mô đệm của màng thylakoid trong lục lạp. Quá trình cố định cacbon đioxit là bước giới hạn tốc độ của chu trình C3. Do sự không hoàn hảo về mặt xúc tác của enzyme rubisco, enzyme phản ứng với oxy phân tử bằng một quá trình gọi là photorespiration. Hai phân tử 3-photphoglycerat được hình thành bởi bước đầu tiên của chu trình C3 trên một lần cố định carbon dioxide. Trong bước thứ hai, một phân tử 3-phosphoglycerate bị khử, tạo thành ba loại hexose phốt phát: fructose 6-phosphate, glucose 6-phosphate và glucose 1-phosphate. 3-phosphoglycerate còn lại được tái chế, tạo thành ribulose 1, 5-bisphosphate. Chu trình C3 được thể hiện trong hình 1.

Hình 1: Chu trình C3

Chu trình C4 là gì

Chu trình C4 là con đường phản ứng khác xảy ra trong phản ứng tối của quang hợp. Các loại thực vật phát triển trong môi trường khô nóng như mía, ngô và cỏ càng cua, sử dụng con đường C4 trong quá trình quang hợp. Các lỗ khí khổng trao đổi khí được giữ gần như cả ngày ở những cây này để giảm sự mất ẩm quá mức trong điều kiện khô và nóng. Do đó, nồng độ khí cacbonic bên trong lá thực vật cũng bị giảm xuống theo sự tiến triển của chu trình C3. Khi nồng độ carbon dioxide thấp, quá trình quang phân tử được tăng cường, làm giảm hiệu quả của quá trình quang hợp. Để tăng hiệu quả quang hợp trong điều kiện khô và nóng, các thực vật C4 đó tiến hành chu trình C4.

Hai loại tế bào tham gia vào chu trình C4: tế bào trung bì và tế bào bó. Mô mạch của lá được bao bọc bởi các tế bào bẹ bó. Cấu trúc của lá của thực vật C4 được mô tả bằng giải phẫu học Kranz. Phosphoenol pyruvate phản ứng với carbon dioxide trong tế bào trung bì, tạo thành oxaloacetate, là một hợp chất bốn carbon. Phản ứng được xúc tác bởi enzyme phosphoenol pyruvate carboxylase, không nhạy cảm với oxy. Oxaloacetate sau đó được khử thành malate, được chuyển vào các tế bào vỏ bọc. Trong các tế bào có vỏ bọc, malate được khử cacbon bằng cách loại bỏ cacbon đioxit, tham gia vào chu trình C3. Chu trình C4 được thể hiện trong hình 2.

Hình 2: Chu trình C4

Sự khác biệt giữa chu trình C3 và C4

Hợp chất ổn định đầu tiên

Chu trình C3: Hợp chất ổn định đầu tiên được tạo ra trong chu trình C3 là một hợp chất ba cacbon được gọi là axit 3-photphoglyceric.

Chu trình C4: Hợp chất ổn định đầu tiên được tạo ra trong chu trình C4 là một hợp chất bốn cacbon được gọi là axit oxaloacetic.

Quan sát đầu tiên

Chu trình C3: Chu trình C3 lần đầu tiên được quan sát bởi Melvin Calvin.

Chu trình C4: Chu trình C4 lần đầu tiên được quan sát bởi Hatch và Slack.

Tên khác

Chu trình C3: Chu trình C3 được gọi là chu trình Calvin.

Chu trình C4: Chu trình C4 được gọi là chu trình Hatch-Slack.

Sự có mặt

Chu trình C3: Chu trình C3 có ở tất cả các loài thực vật.

Chu trình C4: Chu trình C4 chỉ có ở thực vật C4 như lúa miến và ngô.

Chất chấp nhận điôxít cacbon sơ cấp

Chu trình C3: Chất nhận carbon dioxide chính là hợp chất năm carbon, Ribulose bi phosphate (RUBP).

Chu trình C4: Chất nhận carbon dioxide chính là hợp chất ba carbon, axit photphoenol pyruvic (PEP).

Enzyme carboxylase

Chu trình C3: Enzyme carboxylase là Rubisco ở thực vật C3.

Chu trình C4: Các enzym carboxylase là PEP carboxylase và Rubisco.

Cố định carbon

Chu trình C3: Một sự cố định cacbon duy nhất xảy ra trong chu trình C3.

Chu trình C4: Sự cố định cacbon kép xảy ra ở chu trình C4.

Hiệu quả trong quá trình cố định carbon

Chu trình C3: Quá trình cố định cacbon kém hiệu quả và chậm hơn trong chu trình C3.

Chu trình C4: Quá trình cố định cacbon hiệu quả và nhanh chóng hơn trong chu trình C4.

Yêu cầu của quá trình cố định carbon

Chu trình C3: Việc cố định một phân tử cacbon cần 3 ATP và 2 NADH.

Chu trình C4: Quá trình cố định cacbon đơn cần 5 ATP và 3 NADH.

Các loại lục lạp

Chu trình C3: Lục lạp dạng hạt tham gia vào chu trình C3.

Chu trình C4: Lục lạp dạng hạt và dạng nông tham gia vào chu trình C4.

Kranz Anatomy in Leaves

Chu trình C3: Giải phẫu Kranz không có trong lá của thực vật C3.

Chu trình C4: Giải phẫu Kranz có trong lá của thực vật C4.

Tế bào

Chu trình C3: Chu trình C3 do tế bào trung mô thực hiện.

Chu trình C4: Chu trình C4 do cả tế bào trung bì và tế bào bẹ bó thực hiện.

Nhiệt độ tối ưu

Chu trình C3: Nhiệt độ tối ưu của chu trình C3 là 20-25 độ C.

Chu trình C4: Nhiệt độ tối ưu của chu trình C4 là 30-45 độ C.

Ở nồng độ Carbon Dioxide Rất thấp

Chu trình C3: Chu trình C3 không thể tiến hành ở nồng độ carbon dioxide rất thấp.

Chu trình C4: Chu trình C4 có thể tiến hành ở nồng độ carbon dioxide rất thấp.

Ảnh hưởng của oxy

Chu trình C3: Chu trình C3 bị ức chế bởi oxy.

Chu trình C4: Không có sự ức chế của chu trình c4 được quan sát thấy với chu trình C4.

Ánh sáng mặt trời

Chu trình C3: Chu trình C3 có thể bão hòa ánh sáng mặt trời.

Chu trình C4: Chu trình C4 không bão hòa ánh sáng mặt trời.

Photorespiration

Chu trình C3: Lượng photorespiration đáng kể được quan sát thấy trong chu kỳ C3.

Chu trình C4: Lượng photorespiration không đáng kể được quan sát thấy trong chu kỳ C4.

Phần kết luận

Chu trình C3 và C4 là hai loại phản ứng tối xảy ra trong quá trình quang hợp. Chu trình C3 xảy ra ở tất cả thực vật ở 20-25 độ C, trong khi chu trình C4 chỉ xảy ra ở thực vật C4 ở 30-45 độ C. Trong chu trình C3, một sự kiện cố định carbon duy nhất được quan sát trong khi trong chu trình C4, hai sự kiện cố định carbon được quan sát. Phản xạ quang xảy ra trong chu kỳ C3 nhưng một lượng không đáng kể phản xạ quang xảy ra trong chu kỳ C4. Hiệu suất của chu trình C3 thấp hơn so với hiệu suất của chu trình C4. Sự khác biệt chính giữa chu kỳ C3 và C4 là số lượng nguyên tử trong hợp chất ổn định đầu tiên được tạo ra trong mỗi chu kỳ.

Tham khảo: 1. Berg, Jeremy M. “Chu trình Calvin tổng hợp các hình lục giác từ Carbon Dioxide và Nước.” Hóa sinh. Phiên bản thứ 5. Thư viện Y khoa Quốc gia Hoa Kỳ, ngày 1 tháng 1 năm 1970. Web. 16 tháng 4 năm 2017. 2. Lodish, Harvey. "Sự trao đổi chất CO2 trong quá trình quang hợp." Sinh học tế bào phân tử. Phiên bản thứ 4. Thư viện Y khoa Quốc gia Hoa Kỳ, ngày 1 tháng 1 năm 1970. Web. 16

Hình ảnh được phép: 1. “Calvin-cycle4” của Mike Jones - Tác phẩm của riêng mình (CC BY-SA 3.0) qua Commons Wikimedia 2. “HatchSlackpathway2” của HatchSlackpathway.svg: * HatchSlackpathway.png: Tác phẩm dẫn xuất Adenosine: Tác phẩm Jamousederivative: Adenosine (talk) - HatchSlackpathway.svg (CC BY-SA 2.5) qua Commons Wikimedia