Nøgleforskellen mellem C3- og C4-planter er, at C3-planterne danner en tre-carbon-forbindelse som det første stabile produkt af den mørke reaktion, mens C4-planterne danner en fire-carbon-forbindelse som det første stabile produkt af mørk reaktion.
Fotosyntese er en lysdrevet proces, der omdanner kuldioxid og vand til energirige sukkerarter i planter, alger og cyanobakterier. Under fotosyntesens lysreaktion sker fotolyse af vandmolekyler. Som et resultat af fotolyse af vand frigives ilt som et biprodukt. Efter lysreaktionen starter den mørke reaktion, og den syntetiserer kulhydrater ved at fiksere kuldioxid. Imidlertid kan oxygen genereret fra lysreaktionen binde sig til hovedenzymet i den mørke reaktion, som er RuBP oxygenase-carboxylase (Rubisco) og udføre fotorespiration. Fotorespiration er en proces, der spilder energi og nedsætter kulhydratsyntesen. For at forhindre fotorespiration er der derfor tre forskellige måder, hvorpå mørk reaktion opstår i planter for at forhindre mødet af ilt med Rubisco. Afhængigt af den måde mørkereaktionen finder sted på, er der derfor 3 typer planter; nemlig C3-anlæg, C4-anlæg og CAM-anlæg.
Hvad er C3-anlæg?
Omkring 95 % af planterne på jorden er C3-planter. Som navnet indikerer, udfører de C3 fotosyntesemekanisme, der er Calvin cyklus. C3-fotosyntesen menes at være opstået for næsten 3,5 milliarder år siden. Disse planter er for det meste træagtige og rundbladede planter. I disse planter finder kulstoffiksering sted i mesofylcellerne, der er lige under epidermis.
Culdioxid trænger ind fra atmosfæren til mesofylcellerne gennem stomata. Så starter den mørke reaktion. Den første reaktion er fiksering af kuldioxid med Ribulose bisphosphat til phosphoglycerat, som er en tre-carbon forbindelse. Faktisk er det det første stabile produkt fra C3-planterne. Ribulosebisphosphatcarboxylase (Rubisco) er det enzym, der katalyserer denne carboxyleringsreaktion i planter. Ligeledes forekommer Calvin-cyklussen cyklisk, mens den producerer kulhydrater.
Figur 01: C3-anlæg
Sammenlignet med C4-planter er C3-planter ineffektive med hensyn til deres fotosyntesemekanisme. Det er på grund af forekomsten af fotorespiration i C3-planter. Fotorespiration opstår på grund af oxygenaseaktiviteten af Rubisco-enzymet. Iltning af Rubisco virker i den modsatte retning af carboxylering, fortryder effektivt fotosyntesen ved at spilde store mængder kulstof, der oprindeligt blev fastsat af Calvin-cyklussen, med store omkostninger og resulterer i tab af kuldioxid fra cellerne, der fikserer kuldioxid. Ligeledes forekommer interaktion med oxygen og kuldioxid på samme sted på Rubisco. Disse konkurrerende reaktioner kører norm alt i et forhold på 3:1 (kulstof: ilt). Det er således klart, at fotorespiration er en lysstimuleret proces, der forbruger ilt og udvikler kuldioxid.
Hvad er C4-planter?
C4-planter findes i tørre områder med høj temperatur. Cirka 1 % af plantearterne har C4-biokemi. Nogle eksempler på C4-planter er majs og sukkerrør. Som navnet indikerer, udfører disse planter den C4-fotosyntesemekanisme. C4-fotosyntesen menes at være opstået for næsten 12 millioner år siden; længe efter udviklingen af C3-mekanismen. C4-anlæg kan være bedre tilpasset nu, da de nuværende kuldioxidniveauer er meget lavere end for 100 millioner år siden.
C4-anlæg er meget mere effektive til at opfange kuldioxid. Endvidere findes C4-fotosyntese i både enkimbladede og tokimbladede arter. I modsætning til C3-planter er det første stabile produkt, der dannes under fotosyntesen, oxaleddikesyre, som er en fire-carbon-forbindelse. Det vigtigste er, at bladene af disse planter viser en speciel type anatomi kaldet "Kranz Anatomy". Der er en cirkel af bundtskedeceller med kloroplaster omkring karbundter, hvorved C4-planter kan identificeres.
Figur 02: C4-planter
I denne vej sker kuldioxidfiksering to gange. I mesofylcellecytoplasmaet fikserer CO2 først med phosphoenolpyruvat (PEP), som fungerer som en primær acceptor. Reaktionen katalyseres af PEP-carboxylaseenzym. Derefter konverteres PEP til malat og derefter til pyruvat-frigørende CO2 Og denne CO2fikserer igen for anden gang med Ribulosebisphosphat, for at danne 2 phosphoglycerat til at udføre Calvin-cyklus.
Hvad er lighederne mellem C3- og C4-planter?
- Både C3- og C4-planter fikserer kuldioxid og producerer kulhydrater.
- De udfører en mørk reaktion.
- Også udfører begge typer planter den samme lysreaktion.
- Yderligere har de kloroplaster til at udføre fotosyntese.
- Deres fotosyntetiske ligning ligner hinanden.
- Desuden involverer RuBP mørkereaktionen af begge typer planter.
- Begge planter producerer fosfoglycerat.
Hvad er forskellen mellem C3- og C4-planter?
C3-planter producerer phosphoglycerinsyre som det første stabile produkt af den mørke reaktion. Det er en tre-carbon forbindelse. På den anden side producerer C4-planter oxalo-eddikesyre som det første stabile produkt af den mørke reaktion. Det er en fire-carbon forbindelse. Derfor er dette den vigtigste forskel mellem C3- og C4-anlæg.
Yderligere er C3-planters fotosynteseeffektivitet mindre end C4-planters fotosynteseeffektivitet. Det skyldes den fotorespiration, der ses i C3-planter, som er ubetydelig i C4-planter. Det er således en anden forskel mellem C3- og C4-anlæg. Når man overvejer de strukturelle forskelle, har C3-planter ikke to typer kloroplaster og Kranz-anatomi i blade. På den anden side har C4-planter to typer kloroplaster, og de viser Kranz-anatomi i blade. Derfor er det også en forskel mellem C3- og C4-anlæg.
Yderligere er en yderligere forskel mellem C3- og C4-anlæg, at C3-anlæggene kun fikserer kuldioxid én gang, mens C4-anlæggene fikserer kuldioxid to gange. På grund af dette faktum er C-assimilering mindre i C3-planter, mens C-assimilering er høj i C4-planter. Ikke nok med det, C4-planter kan udføre fotosyntese, når stomata er lukket og under meget høje lyskoncentrationer og lave CO2 koncentrationer. C3-planter er dog ikke i stand til at udføre fotosyntese, når stomata er lukket og under meget høje lyskoncentrationer og lave CO2 koncentrationer. Derfor er dette også en væsentlig forskel på C3- og C4-anlæg. Desuden adskiller C3-planter og C4-planter sig fra den første kuldioxidacceptor. RuBP er CO2-acceptoren i C3-anlæg, mens PEP er den første CO2-acceptor i C4-anlæg.
Oversigt – C3 vs C4 Plants
C3 og C4 er to typer planter. C3-planter er meget almindelige, mens C4-planter er meget sjældne. Den vigtigste forskel mellem C3- og C4-planter afhænger af det første kulstofprodukt, som de producerer under den mørke reaktion. C3-planterne udfører Calvin-cyklussen og producerer 3-carbonforbindelse som det første stabile produkt, mens C4-planterne udfører C4-mekanismen og producerer 4-carbonforbindelse som det første stabile produkt. Desuden viser C3-planter mindre fotosyntetisk effektivitet, mens C4-planter viser høj fotosyntetisk effektivitet. Desuden har C3-planter ikke Kranz-anatomi i blade, og de har heller ikke to typer kloroplaster. På den anden side har C4-planter Kranz-anatomi i deres blade, og de har også to typer kloroplaster. Dette er således oversigten over C3- og C4-anlæg.
