Verschil tussen C3- en C4-planten
Share
Belangrijkste verschil - C3 versus C4-fabrieken
C3- en C4-planten zijn twee soorten planten die C3- en C4-cycli gebruiken tijdens respectievelijk de donkere reactie van fotosynthese. Ongeveer 95% van de planten op aarde zijn C3-planten. Suikerriet, sorghum, maïs en grassen zijn C4-planten. Bladeren van de C4-planten vertonen de Kranz-anatomie. C4-planten kunnen fotosynthetiseren, zelfs in lage concentraties koolstofdioxide en in warme en droge omstandigheden. Daarom is de efficiëntie van fotosynthese in C4-centrales hoger dan de efficiëntie in C3-centrales. De grootste verschil tussen C3- en C4-fabrieken is dat enkelvoudige fixatie van koolstofdioxide wordt waargenomen in C3-centrales en dubbele fixatie van kooldioxide wordt waargenomen in C4-centrales.
Dit artikel onderzoekt,
1. Wat zijn C3 Plants
- Definitie, kenmerken, functies, voorbeelden
2. Wat zijn C4 Plants
- Definitie, kenmerken, functies, voorbeelden
3. Wat is het verschil tussen C3 en C4 Plants
Wat zijn C3 Plants
C3-planten gebruiken de Calvin-cyclus als hun mechanisme voor een donkere reactie in de fotosynthese. De eerste stabiele verbinding geproduceerd in de Calvin-cyclus is 3-fosfoglyceraat. Omdat 3-fosfoglyceraat een verbinding met drie koolstofatomen is, wordt de Calvin-cyclus de C3-cyclus genoemd. C3-planten fixeren kooldioxide direct door het enzym ribulosebifosfaatcarboxylase (rubisco). Deze fixatie vindt plaats in de chloroplasten van mesofylcellen. C3-cyclus vindt plaats in drie stappen. Tijdens de eerste stap wordt kooldioxide gefixeerd in de vijf koolstofsuiker, ribulose 1,5-bisfosfaat, dat alternatief wordt gehydrolyseerd tot 3-fosfoglyceraat. Sommige van de 3-fosfoglyceraten worden tijdens de tweede stap tot hexose-fosfaten zoals glucose-6-fosfaat, glucose-1-fosfaat en fructose-6-fosfaat gereduceerd. Het overblijvende 3-fosfoglyceraat wordt gerecirculeerd en vormt ribulose 1,5-fosfaat.
Het optimale temperatuurbereik van C3-planten is 65-75 graden Fahrenheit. Wanneer de bodemtemperatuur 40-45 graden Fahrenheit bereikt, beginnen C3-planten te groeien. Daarom worden C3-planten genoemd koel seizoen planten. De efficiëntie van fotosynthese wordt laag met de stijgende temperatuur. Tijdens de lente en de herfst worden C3-planten productief door het hoge bodemvocht, de kortere lichtperiode en de koele temperatuur. Tijdens de zomer zijn C3-planten minder productief door de hoge temperatuur en minder bodemvocht. C3-planten kunnen ofwel eenjarige planten zijn, zoals tarwe, haver en rogge of meerjarige planten zoals zwenkgraven en boomgaarden. Een dwarsdoorsnede van het blad van Arabidopsis thaliana, die een C3-plant is, wordt getoond in Figuur 1. Bundelschede cellen worden weergegeven in roze kleur.
Figuur 1: Blad van Arabidopsis thaliana
Wat zijn C4 Plants
C4-planten gebruiken de Hatch-Stack-cyclus als hun reactiemechanisme in de donkere reactie van fotosynthese. De eerste stabiele verbinding geproduceerd in de Hatch-Stack-cyclus is oxaalacetaat. Omdat oxaalacetaat een verbinding met vier koolstofatomen is, wordt de cyclus Hatch-Stack de C4-cyclus genoemd. C4-planten fixeren koolstofdioxide tweemaal, in mesofylcellen en vervolgens in bundelmantelcellen, door de enzymen, fosfoënolpyruvaatcarboxylase en ribulosebifosfaatcarboxylase (rubisco) respectievelijk. Fosfoënolpyruvaat in de mesofylcellen wordt gecondenseerd met kooldioxide, waarbij het oxaalacetaat wordt gevormd. Dit oxaalacetaat wordt malaat om over te brengen in bundelschedecellen. Binnen in de omhulsels van de bundel wordt malaat gedecarboxyleerd, waardoor kooldioxide beschikbaar is voor de Calvijncyclus in deze cellen. Dan wordt voor de tweede keer koolstofdioxide in de bundelschedecellen gefixeerd.
De optimale temperatuur van C4-planten is 90-95 graden Fahrenheit. C4-planten beginnen te groeien op 60-65 graden Fahrenheit. Daarom worden C4-planten tropische of warme seizoenplanten genoemd. C4-planten zijn efficiënter in het verzamelen van koolstofdioxide en water uit de bodem. De gasuitwisselende poriën van de huidmondjes worden gedurende de meeste uren van de dag dichtbij gehouden om het excessieve vochtverlies in droge en warme omstandigheden te verminderen. Jaarlijkse C4-planten zijn maïs, pearlmillet en sudangrass. Overjarige C4-planten zijn bermudagrass, Indiaas gras en switchgrass. Bladeren van de C4-planten vertonen de Kranz-anatomie. Fotosynthetiserende bundelschedecellen bedekken de vaatweefsels van het blad. Deze bundelschedecellen zijn omgeven door mesofylcellen. Een dwarsdoorsnede van een maïsblad met Kranz-anatomie is weergegeven in Figuur 2.
Figuur 2: maïsblad
Verschil tussen C3- en C4-planten
Alternatieve namen
C3 Plants: C3-planten worden koele seizoenplanten genoemd.
C4 planten: C4-planten worden warme seizoenplanten genoemd.
Kranz Anatomy
C3 Plants: Bladeren van de C3-planten missen de Kranz-anatomie.
C4 planten: Bladeren van de C4-planten hebben de Kranz-anatomie.
Cellen
C3 Plants: In C3-planten wordt de donkere reactie uitgevoerd door mesofylcellen. Bundelschede cellen missen chloroplasten.
C4 planten: In C4-planten wordt de donkere reactie uitgevoerd door zowel mesofylcellen als bundelmantelcellen.
chloroplasten
C3 Plants: Chloroplasten van C3-planten zijn monomorf. C3-planten bevatten alleen korrelvormige chloroplasten.
C4 planten: Chloroplasten van C4-planten zijn dimorf. C4-planten bevatten zowel granulaire als agranulaire chloroplasten.
Perifere reticulum
C3 Plants: Chloroplasten van C3-planten hebben geen perifeer reticulum.
C4 planten: Chloroplasten van C4-planten bevatten een perifeer reticulum.
Photosystem II
C3 Plants: Chloroplasten van de C3-fabrieken bestaan uit PS II.
C4 planten: Chloroplasten van de C4-planten bestaan niet uit PS II.
huidmondjes
C3 Plants: Fotosynthese wordt geremd wanneer de huidmondjes zijn gesloten.
C4 planten: Fotosynthese treedt zelfs op wanneer de huidmondjes zijn gesloten.
Bevestiging van koolstofdioxide
C3 Plants: Een enkele kooldioxidefixatie vindt plaats in C3-fabrieken.
C4 planten: Dubbele kooldioxidefixaties komen voor in C4-fabrieken.
Efficiëntie in de fixatie van koolstofdioxide
C3 Plants: Kooldioxidefixatie is minder efficiënt en traag in C3-fabrieken.
C4 planten: Koolstofdioxidefixatie is efficiënter en sneller in C4-fabrieken.
Efficiëntie van fotosynthese
C3 Plants: Fotosynthese is minder efficiënt in C3-fabrieken.
C4 planten: Fotosynthese is efficiënt in C4-fabrieken.
fotorespiratie
C3 Plants: Fotorespiratie treedt op in C3-planten wanneer de kooldioxideconcentratie laag is.
C4 planten: Geen fotorespiratie wordt waargenomen bij lage koolstofdioxideconcentraties.
Optimale temperatuur
C3 Plants: Het optimale temperatuurbereik van C3-planten is 65-75 graden Fahrenheit.
C4 planten: Het optimale temperatuurbereik van C4-planten is 90-95 graden Fahrenheit.
Carboxylase Enzyme
C3 Plants: Het carboxylase-enzym is rubisco in C3-planten.
C4 planten: Het carboxylase-enzym is PEP-carboxylase en rubisco in C4-planten.
Eerste stabiele verbinding in de donkere reactie
C3 Plants: De eerste stabiele verbinding geproduceerd in de C3-cyclus is een drie-koolstofverbinding genaamd 3-fosfoglycerinezuur.
C4 planten: De eerste stabiele verbinding geproduceerd in de C4-cyclus is een vierkoolstofverbinding genaamd oxaloacetic acid.
Eiwitgehalte van de plant
C3 Plants: C3-planten bevatten een hoog eiwitgehalte.
C4 planten: C4-planten bevatten een laag eiwitgehalte in vergelijking met C3-planten.
Conclusie
C3- en C4-planten gebruiken verschillende metabole reacties tijdens de donkere reactie van fotosynthese. C3-fabrieken gebruiken de Calvin-cyclus, terwijl de C4-fabrieken de Hatch-Slack-cyclus gebruiken. In C3-planten vindt de donkere reactie plaats in mesofylcellen door fixatie van koolstofdioxide direct in ribulose 1,5-bisfosfaat. In C4-fabrieken wordt koolstofdioxide gefixeerd in fosfoënolpyruvaat, waarbij malaat wordt gevormd om over te brengen in bundelmantelcellen waar de Calvin-cyclus plaatsvindt. Daarom wordt kooldioxide twee keer gefixeerd in C4-fabrieken. Om zich aan te passen aan het C4-mechanisme, vertonen de bladeren van C4-planten de Kranz-anatomie. De efficiëntie van fotosynthese is hoog in C4-planten in vergelijking met C3-planten. C4-planten zijn in staat om fotosynthese uit te voeren, zelfs nadat de huidmondjes zijn gesloten. Daarom is het belangrijkste verschil tussen C3- en C4-planten hun metabole reacties, die optreden tijdens de donkere reactie van fotosynthese.
Referentie:
1. Berg, Jeremy M. "De Calvin-cyclus synthetiseert hexosen uit kooldioxide en water." Biochemie. 5e editie. U.S. National Library of Medicine, 01 januari 1970. Web. 16 april 2017.
2. Lodish, Harvey. "CO2-metabolisme tijdens fotosynthese." Moleculaire celbiologie. 4e editie. U.S. National Library of Medicine, 01 januari 1970. Web. 16 april 2017.
Afbeelding met dank aan:
1. "Doorsnede van Arabidopsis thaliana, een C3-fabriek" door Ninghui Shi - Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. "Doorsnede van maïs, een C4-plant" door Ninghui Shi - Eigen werk, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
