Die Hauptunterschied zwischen C3 C4 und CAM Photosynthese ist das Die C3-Photosynthese produziert über den Calvin-Zyklus eine Drei-Kohlenstoff-Verbindung, und die C4-Photosynthese produziert eine intermediäre Vier-Kohlenstoff-Verbindung, die sich für den Calvin-Zyklus in eine Drei-Kohlenstoff-Verbindung aufspaltet, während die CAM-Photosynthese tagsüber Sonnenlicht sammelt und Kohlendioxid bei. fixiert Nacht. Darüber hinaus unterliegt die Mehrheit der Pflanzen der C3-Photosynthese, während die C4-Photosynthese in etwa 3% der Gefäßpflanzen stattfindet, einschließlich Krebsgras, Zuckerrohr, Mais usw. Währenddessen findet die CAM-Photosynthese in Pflanzen statt, die an trockene Umgebungen angepasst sind, einschließlich Kakteen und Ananas.

C3-, C4- und CAM-Photosynthese sind drei Arten von Photosynthesewegen mit unterschiedlichen Calvin-Zyklen. Sie haben unterschiedliche Mechanismen, um die Photorespiration zu bekämpfen. C3-Pflanzen haben keine besonderen Eigenschaften, um die Photorespiration zu bekämpfen, während C4-Pflanzen die Photorespiration minimieren, indem sie Kohlendioxidfixierung und Calvin-Zyklus in separaten Zellen durchführen. CAM-Pflanzen hingegen minimieren die Photorespiration, indem sie die Kohlendioxidfixierung und den Calvin-Zyklus zu unterschiedlichen Zeiten durchführen.

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Was ist Photosynthese?

Photosynthese ist der zelluläre Prozess in grünen Pflanzen, der für die Fixierung der Lichtenergie aus dem Sonnenlicht verantwortlich ist, um unter Verwendung von atmosphärischem Kohlendioxid und Wasser einfache Kohlenhydrate zu synthetisieren. Es ist ein Prozess, der in Chloroplasten abläuft.

Abbildung 1: Photosynthese

Darüber hinaus verläuft die Photosynthese in zwei Schritten: Lichtreaktion und Dunkelreaktion. Typischerweise absorbieren Chlorophylle bei der Lichtreaktion Energie aus dem Sonnenlicht und synthetisieren zwei Arten von energiereichen Molekülen: ATP und das Coenzym NADPH2. Bei der Dunkelreaktion werden diese beiden energiereichen Moleküle dagegen zur Synthese von Kohlenhydraten durch Fixieren von Kohlendioxid verwendet. Darüber hinaus treten in Pflanzen je nach Umgebungsbedingungen drei Arten von Dunkelreaktionen auf. Sie sind C3-, C4- und CAM-Photosynthese.

Was ist C3-Photosynthese?

Die C3-Photosynthese ist die Hauptart der Photosynthese, die in jeder photosynthetischen Pflanze vorkommt. Im Allgemeinen durchläuft es nach der Lichtreaktion den Standardmechanismus des Calvin-Zyklus. Daher ist der erste Schritt des Calvin-Zyklus die Kohlendioxid-Fixierung in der C3-Photosynthese. Hier wird Kohlendioxid in Ribulose-1, 5-bisphosphat fixiert, wodurch eine instabile Sechs-Kohlenstoff-Verbindung gebildet wird, die dann in die Drei-Kohlenstoff-Verbindung, 3-Phosphoglycerat, hydrolysiert wird. Hier ist das erste stabile Produkt der C3-Photosynthese eine Drei-Kohlenstoff-Verbindung, daher der Name.

Abbildung 2: C3-Photosynthese – Regulärer Calvin-Zyklus

Das Enzym RuBisCO in der Stromaoberfläche der Thylakoidmembran im Chloroplasten katalysiert die obige Reaktion. Aufgrund der katalytischen Unvollkommenheit von RuBisCO reagiert es in einem Prozess namens Photorespiration stark mit molekularem Sauerstoff. Darüber hinaus führt die Kohlendioxid-Fixierung zu zwei Molekülen 3-Phosphoglycerat. Im zweiten Schritt wird ein Molekül 3-Phosphoglycerat reduziert, um drei Arten von Hexosephosphaten zu bilden: Fructose-6-Phosphat, Glucose-6-Phosphat und Glucose-1-Phosphat. Auch das verbleibende 3-Phosphoglycerat wird recycelt, wobei Ribulose-1, 5-bisphosphat gebildet wird.

Was ist C4-Photosynthese?

Die C4-Photosynthese ist eine weitere Form der Photosynthese, die hauptsächlich in tropischen Pflanzen vorkommt. Typischerweise bleiben die Poren der Gasaustauschöffnungen bei diesen Pflanzen die meiste Zeit des Tages geschlossen, um den übermäßigen Feuchtigkeitsverlust bei trockenen und heißen Bedingungen zu reduzieren. Daher reicht die Kohlendioxidkonzentration in den Pflanzenblättern nicht aus, um den C3-Zyklus voranzutreiben, was wiederum die Photoatmung fördert und die Effizienz der Photosynthese verringert. Um die Effizienz unter trockenen und heißen Bedingungen zu erhöhen, führen diese Pflanzen daher C4-Photosynthese durch.

Abbildung 3: C4-Photosynthese – Dunkelreaktion

Darüber hinaus beschreibt die Kranz-Anatomie den Aufbau des Blattes von C4-Pflanzen. Grundsätzlich sind im C4-Pflanzenblatt zwei Arten von Zellen vorhanden. Sie sind Mesophyllzellen und Bündelscheidenzellen. Bündelhüllenzellen umgeben das Gefäßgewebe. In den Mesophyllzellen reagiert Phosphoenolpyruvat mit Kohlendioxid und bildet Oxalacetat, eine Vier-Kohlenstoff-Verbindung. Phosphoenolpyruvat-Carboxylase ist hier das Enzym, das die Kohlendioxid-Fixierung katalysiert. Es ist jedoch unempfindlich gegenüber Sauerstoff; daher wird die Photoatmung in Bezug auf die Kohlendioxidfixierung durch Rubisco minimiert. Danach reduziert sich Oxalacetat zu Malat, das dann in Bündelscheidenzellen überführt wird. In den Bündelscheidenzellen wird Malat decarboxyliert, indem das Kohlendioxid entfernt wird, und tritt in den C3-Zyklus ein.

Was ist CAM-Photosynthese?

Die CAM-Photosynthese ist die dritte Form der Photosynthese, die in Pflanzen unter semiariden Bedingungen auftritt. Normalerweise ist Wasser einer der beiden Faktoren, die für die Photosynthese erforderlich sind, während der zweite Kohlendioxid ist. Der Wasserverlust dieser Pflanzen ist jedoch hoch. Daher speichern sie stark Wasser in der Pflanze und werden dick. Außerdem haben sie eine Wachsbeschichtung, um die Verdunstung zu reduzieren. Im Allgemeinen sind Sukkulenten wie Kakteen, Sedum, Jade, Orchideen und Agave die halbtrockenen Pflanzen.

Abbildung 4: CAM-Photosynthese – Dunkelreaktion

Außerdem halten diese Pflanzen tagsüber ihre Spaltöffnungen geschlossen. Stattdessen öffnen sie nachts und nehmen nachts Kohlendioxid auf. Dann wird dieses Kohlendioxid in Phosphoenolpyruvat fixiert, wobei durch C4-Photosynthese Oxalacetat gebildet wird. Als nächstes wird dieses Oxalacetat in Malat umgewandelt und bis zur Rückkehr des Tageslichts gelagert. Danach wandert Malat in Mesophyllzellen, um den regulären Calvin-Zyklus zu durchlaufen.

Ähnlichkeiten zwischen C3-C4- und CAM-Photosynthese

Unterschied zwischen C3-C4- und CAM-Photosynthese

Definition

Die C3-Photosynthese bezieht sich auf eine Hauptart der Photosynthese, die über den Calvin-Zyklus eine Drei-Kohlenstoff-Verbindung produziert, während sich die C4-Photosynthese auf eine Art der Photosynthese bezieht, die eine intermediäre Vier-Kohlenstoff-Verbindung produziert, die sich für den Calvin-Zyklus in eine Drei-Kohlenstoff-Verbindung aufspaltet. Im Gegensatz dazu bezieht sich die CAM-Photosynthese auf eine andere Art der Photosynthese, die tagsüber Sonnenlicht sammelt und nachts Kohlendioxid fixiert.

Auftreten

Die Mehrheit der Pflanzen unterliegt der C3-Photosynthese; Die C4-Photosynthese findet in etwa 3% der Gefäßpflanzen statt, einschließlich Krebsgras, Zuckerrohr, Mais usw., während die CAM-Photosynthese in Pflanzen stattfindet, die an trockene Umgebungen angepasst sind, einschließlich Kakteen und Ananas.

Beteiligte Zellen

Die C3-Photosynthese findet nur in Mesophyllzellen statt, und die C4-Photosynthese findet in Mesophyllzellen und Bündelscheidenzellen statt, während die CAM-Photosynthese in Mesophyllen stattfindet.

Erstes stabiles Produkt

3-Phosphoglycerat (3-PGA) ist die erste stabile Verbindung, die bei der C3-Photosynthese produziert wird, Oxaloacetat (OAA) ist die erste stabile Verbindung, die bei der C4-Photosynthese produziert wird, während CAM-Pflanzen tagsüber 3-Phosphoglycerat (3-PGA) und Oxalacetat (OAA.) produzieren) in der Nacht.

Voraussetzungen für die Dunkle Reaktion

Optimale Temperatur

Die optimale Temperatur für die C3-Photosynthese beträgt 15-25 °C und die optimale Temperatur für die C4-Photosynthese beträgt 30-40 °C, während die optimale Temperatur für die CAM-Photosynthese > 40 °C beträgt.

Öffnung der Stomata während des Tages

Die Stomata bleiben tagsüber sowohl bei der C3- als auch bei der C4-Photosynthese geöffnet, während die Stomata nachts geschlossen bleiben.

Carboxylierungsenzym

RuBP-Carboxylase ist das Carboxylierungsenzym in der C3-Photosynthese, PEP-Carboxylase ist das Enzym im Mesophyll und RuBP-Carboxylase ist das Enzym in Bündelscheidenzellen in der C4-Photosynthese, während PEP-Carboxylase das im Dunkeln aktive Enzym ist und RuBP-Carboxylase das Enzym ist, das in die Tageszeit in der CAM-Photosynthese.

Anfänglicher Kohlendioxid-Akzeptor

Ribulose-1, 5-bisphosphat (RuBP) ist der anfängliche Kohlendioxid-Akzeptor bei der C3-Photosynthese, Phosphoenolpyruvat (PEP) ist der anfängliche Kohlendioxid-Akzeptor sowohl bei der C4-Photosynthese als auch bei der CAM-Photosynthese.

Blattanatomie

Die Blattanatomie ist typisch für die C3-Photosynthese; Die Kranz-Anatomie ist bei der C4-Photosynthese vorhanden, während die Blattanatomie bei der CAM-Photosynthese xeromorph ist.

Lichtatmung

Abschluss

Die C3-Photosynthese ist die Hauptform der Photosynthese, die im Calvin-Zyklus eine Drei-Kohlenstoff-Verbindung produziert. Im Allgemeinen kommt es in allen photosynthetischen Pflanzen vor. Photorespiration tritt jedoch in C3-Pflanzen mit höheren Raten auf. Im Gegensatz dazu ist die C4-Photosynthese eine Art der Photosynthese, die in tropischen Pflanzen vorkommt. Außerdem produziert es eine intermediäre Vier-Kohlenstoff-Verbindung, die sich für den Calvin-Zyklus in eine Drei-Kohlenstoff-Verbindung aufspaltet. Es minimiert die Photoatmung, da es die Kohlenstofffixierung und den Calvin-Zyklus in separaten Zellen durchführt. Auf der anderen Seite ist die CAM-Photosynthese eine andere Art der Photosynthese, die unter semiariden Bedingungen auftritt. Hier findet nachts die Kohlendioxidfixierung statt. Darüber hinaus minimiert es die Photoatmung, indem es die Kohlendioxidfixierung und den Calvin-Zyklus in getrennten Zeiten durchführt. Daher ist der Hauptunterschied zwischen C3-, C4- und CAM-Photosynthese der Unterschied in der Kohlenstofffixierung, dem Auftreten und den Methoden zur Minimierung der Photoatmung.

Verweise:

1. Cornell, Brent. „C3, C4 und CAM-Pflanzen.“ BioNinja, hier erhältlich.

Bild mit freundlicher Genehmigung:

1. „Einfache Photosynthese-Übersicht“ Von Daniel Mayer (mav) – Eigene Arbeit (CC BY-SA 4.0) über Commons Wikimedia 2. „Calvin-cycle4“ Von Mike Jones – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia 3 „HatchSlackpathway2“ Von HatchSlackpathway.svg (CC BY-SA 2.5) über Commons Wikimedia 4. „CAM“ Von Der ursprüngliche Uploader war Crenim bei der englischen Wikipedia. (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia