La differenza fondamentale tra le piante C3 e C4 è che le piante C3 formano un composto a tre atomi di carbonio come primo prodotto stabile della reazione oscura mentre le piante C4 formano un composto a quattro atomi di carbonio come primo prodotto stabile del reazione oscura.
La fotosintesi è un processo guidato dalla luce che converte l'anidride carbonica e l'acqua in zuccheri ricchi di energia nelle piante, nelle alghe e nei cianobatteri. Durante la reazione alla luce della fotosintesi, si verifica la fotolisi delle molecole d'acqua. Come risultato della fotolisi dell'acqua, l'ossigeno si libera come sottoprodotto. Dopo la reazione alla luce, inizia la reazione al buio che sintetizza i carboidrati fissando l'anidride carbonica. Tuttavia, l'ossigeno generato dalla reazione alla luce può legarsi con l'enzima principale della reazione al buio che è la RuBP ossigenasi-carbossilasi (Rubisco) e svolgere la fotorespirazione. La fotorespirazione è un processo che spreca energia e diminuisce la sintesi dei carboidrati. Pertanto, al fine di prevenire la fotorespirazione, ci sono tre diversi modi in cui si verifica la reazione oscura nelle piante per impedire l'incontro dell'ossigeno con il Rubisco. Quindi, a seconda del modo in cui avviene la reazione oscura, ci sono 3 tipi di piante; vale a dire, impianti C3, impianti C4 e impianti CAM.
Cosa sono le piante C3?
Circa il 95% delle piante sulla terra sono piante C3. Come indica il nome, svolgono un meccanismo fotosintetico C3 che è il ciclo di Calvin. Si pensa che la fotosintesi C3 sia sorta quasi 3,5 miliardi di anni fa. Queste piante sono per lo più piante legnose e a foglia rotonda. In queste piante, la fissazione del carbonio avviene nelle cellule del mesofillo che si trovano appena sotto l'epidermide.
Il biossido di carbonio entra dall'atmosfera alle cellule del mesofillo attraverso gli stomi. Poi inizia la reazione oscura. La prima reazione è la fissazione dell'anidride carbonica con il ribulsio bisfosfato in fosfoglicerato che è un composto a tre atomi di carbonio. Infatti è il primo prodotto stabile delle piante C3. La ribuloso bisfosfato carbossilasi (Rubisco) è l'enzima che catalizza questa reazione di carbossilazione nelle piante. Allo stesso modo, il ciclo di Calvin si verifica ciclicamente durante la produzione di carboidrati.
Figura 01: Impianti C3
Rispetto alle piante C4, le piante C3 sono inefficienti per quanto riguarda il loro meccanismo fotosintetico. È a causa del verificarsi della fotorespirazione nelle piante C3. La fotorespirazione si verifica a causa dell'attività ossigenasi dell'enzima Rubisco. L'ossigenazione di Rubisco funziona nella direzione opposta alla carbossilazione, annulla efficacemente la fotosintesi sprecando grandi quantità di carbonio originariamente fissate dal ciclo di Calvin con grandi spese e provoca la perdita di anidride carbonica dalle cellule che fissano l'anidride carbonica. Allo stesso modo, l'interazione con l'ossigeno e l'anidride carbonica avviene nello stesso sito di Rubisco. Queste reazioni concorrenti normalmente funzionano con un rapporto di 3:1 (carbonio: ossigeno). Pertanto, è chiaro che la fotorespirazione è un processo stimolato dalla luce che consuma ossigeno ed evolve anidride carbonica.
Cosa sono le piante C4?
Le piante C4 sono presenti in aree secche e ad alta temperatura. Circa l'1% delle specie vegetali ha una biochimica C4. Alcuni esempi di piante C4 sono mais e canna da zucchero. Come indica il nome, queste piante svolgono il meccanismo fotosintetico C4. Si pensa che la fotosintesi C4 sia sorta quasi 12 milioni di anni fa; molto tempo dopo l'evoluzione del meccanismo C3. Gli impianti C4 potrebbero essere adattati meglio ora, poiché gli attuali livelli di anidride carbonica sono molto inferiori rispetto a 100 milioni di anni fa.
Gli impianti C4 sono molto più efficienti nel catturare l'anidride carbonica. Inoltre, la fotosintesi C4 si trova sia nelle specie monocotiledoni che dicotiledoni. A differenza delle piante C3, il primo prodotto stabile formato durante la fotosintesi è l'acido ossalacetico, che è un composto a quattro atomi di carbonio. Soprattutto, le foglie di queste piante mostrano un tipo speciale di anatomia chiamato "Kranz Anatomy". C'è un cerchio di cellule della guaina del fascio con cloroplasti attorno ai fasci vascolari attraverso il quale è possibile identificare le piante C4.
Figura 02: Impianti C4
In questo percorso, la fissazione dell'anidride carbonica avviene due volte. Nel citoplasma delle cellule del mesofillo, CO2 si fissa dapprima con il fosfoenolpiruvato (PEP), che funge da accettore primario. La reazione è catalizzata dall'enzima PEP carbossilasi. Quindi il PEP si converte in malato e poi in piruvato liberando CO2 E, questo CO2si risolve di nuovo per la seconda volta con il ribuloso bisfosfato, per formare 2 fosfoglicerato per eseguire il ciclo di Calvin.
Quali sono le somiglianze tra le piante C3 e C4?
- Sia le piante C3 che C4 fissano l'anidride carbonica e producono carboidrati.
- Eseguono una reazione oscura.
- Inoltre, entrambi i tipi di piante effettuano la stessa reazione alla luce.
- Inoltre, hanno cloroplasti per effettuare la fotosintesi.
- La loro equazione fotosintetica è simile.
- Inoltre, RuBP coinvolge la reazione oscura di entrambi i tipi di piante.
- Entrambe le piante producono fosfoglicerato.
Qual è la differenza tra le piante C3 e C4?
Le piante C3 producono acido fosfoglicerico come primo prodotto stabile della reazione oscura. È un composto a tre atomi di carbonio. D' altra parte, le piante C4 producono acido ossalo-acetico come primo prodotto stabile della reazione oscura. È un composto a quattro atomi di carbonio. Pertanto, questa è la differenza chiave tra le piante C3 e C4.
Inoltre, l'efficienza fotosintetica delle piante C3 è inferiore all'efficienza fotosintetica delle piante C4. È dovuto alla fotorespirazione osservata nelle piante C3 che è trascurabile nelle piante C4. Quindi, c'è un' altra differenza tra le piante C3 e C4. Quando si considerano le differenze strutturali, le piante C3 non hanno due tipi di cloroplasti e l'anatomia di Kranz nelle foglie. D' altra parte, le piante C4 hanno due tipi di cloroplasti e mostrano l'anatomia di Kranz nelle foglie. Quindi, è anche una differenza tra le piante C3 e C4.
Inoltre, un'ulteriore differenza tra le piante C3 e C4 è che le piante C3 fissano l'anidride carbonica solo una volta mentre le piante C4 fissano l'anidride carbonica due volte. Per questo motivo, l'assimilazione di C è minore nelle piante C3 mentre l'assimilazione di C è alta nelle piante C4. Non solo, le piante C4 possono effettuare la fotosintesi quando gli stomi sono chiusi e con concentrazioni di luce molto elevate e basse concentrazioni di CO2 . Tuttavia, le piante C3 non sono in grado di eseguire la fotosintesi quando gli stomi sono chiusi e con concentrazioni di luce molto elevate e basse concentrazioni di CO2 . Pertanto, questa è anche una differenza significativa tra le piante C3 e C4. Inoltre, le piante C3 e le piante C4 differiscono dal primo accettore di anidride carbonica. RuBP è l'accettore di CO2 negli impianti C3 mentre PEP è il primo accettore di CO2 negli impianti C4.
Riepilogo – Piante C3 vs C4
C3 e C4 sono due tipi di piante. Le piante C3 sono molto comuni mentre le piante C4 sono molto rare. La differenza fondamentale tra le piante C3 e C4 dipende dal primo prodotto di carbonio che producono durante la reazione al buio. Gli impianti C3 eseguono il ciclo di Calvin e producono un composto a tre atomi di carbonio come primo prodotto stabile mentre gli impianti C4 eseguono il meccanismo C4 e producono un composto a quattro atomi di carbonio come primo prodotto stabile. Inoltre, le piante C3 mostrano una minore efficienza fotosintetica mentre le piante C4 mostrano un'elevata efficienza fotosintetica. Inoltre, le piante C3 non hanno l'anatomia di Kranz nelle foglie e inoltre non hanno due tipi di cloroplasti. D' altra parte, le piante C4 hanno l'anatomia di Kranz nelle loro foglie e hanno anche due tipi di cloroplasti. Quindi, questo è il riassunto delle piante C3 e C4.
