الفرق الرئيسي - C3 مقابل C4 Cycle

دورة C3 و C4 نوعان من التفاعلات الدورية التي تحدث كتفاعل مظلم لعملية التمثيل الضوئي. التمثيل الضوئي هو إنتاج جزيئات عضوية بسيطة ، والجلوكوز من الجزيئات غير العضوية ، وثاني أكسيد الكربون والماء ، باستخدام ضوء الشمس كمصدر للطاقة. أثناء عملية التمثيل الضوئي ، يتبع تفاعل الضوء تفاعل الظلام. تسمى دورة C3 أيضًا دورة كالفين، بينما تسمى دورة C4 دورة هاتش سلاك. ال الفرق الرئيسي بين دورة C3 و C4 هو أول مركب مستقر ينتج عن هذه التفاعلات ؛ أول مركب مستقر ينتج في دورة C3 هو مركب ثلاثي الكربون يسمى 3-حمض الفوسفوجليسيريك (PGA) بينما أول مركب مستقر ينتج في دورة C4 هو مركب رباعي الكربون يسمى حمض oxaloacetic (OAA).

يستكشف هذا المقال ،

1. ما هي دورة C3 - الخصائص والعملية والوظيفة 2. ما هي دورة C4 - الخصائص والعملية والوظيفة 3. ما هو الفرق بين C3 و C4 Cycle

ما هي دورة C3

دورة C3 هي أحد مسارَي التفاعل اللذين يمكن أن يحدثا في التفاعل المظلم لعملية التمثيل الضوئي. يحدث في جميع النباتات. لوحظت ثلاث خطوات في دورة C3. خلال الخطوة الأولى ، يتم تثبيت ثاني أكسيد الكربون في ريبولوز 1 ، 5-بيسفوسفات ، مكونًا مركبًا غير مستقر من ستة كربون ، والذي يتحلل بعد ذلك إلى ثلاثة مركبات كربون ، 3-فوسفوجليسيرات. يتم تحفيز تثبيت ثاني أكسيد الكربون بواسطة إنزيم روبيكو ، الموجود في السطح اللحمي لغشاء الثايلاكويد في البلاستيدات الخضراء. إن تثبيت ثاني أكسيد الكربون هو خطوة تحديد معدل دورة C3. بسبب النقص التحفيزي في إنزيم روبيكو ، يتفاعل الإنزيم مع الأكسجين الجزيئي من خلال عملية تسمى التنفس الضوئي. يتم تكوين جزيئين من 3-phosphoglycerate من خلال الخطوة الأولى من دورة C3 لكل تثبيت واحد لثاني أكسيد الكربون. خلال الخطوة الثانية ، يتم تقليل جزيء واحد من 3-فوسفوجليسيرات ، مكونًا ثلاثة أنواع من فوسفات الهكسوز: فركتوز 6 فوسفات ، جلوكوز 6 فوسفات وجلوكوز 1 فوسفات. يتم إعادة تدوير 3-فوسفوجليسيرات المتبقية ، لتشكيل ريبولوز 1 ، 5-بيسفوسفات. تظهر دورة C3 في الشكل 1.

الشكل 1: دورة C3

ما هي دورة C4

دورة C4 هي مسار التفاعل الآخر الذي يحدث في التفاعل المظلم لعملية التمثيل الضوئي. تنمو النباتات في البيئات الحارة والجافة مثل قصب السكر والذرة وعشب السلطعون ، وتستخدم مسار C4 أثناء عملية التمثيل الضوئي. يتم إغلاق مسام الثغور التي تتبادل الغازات معظم اليوم في هذه النباتات من أجل تقليل الفقد المفرط للرطوبة في الظروف الجافة والحارة. وبالتالي ، يتم أيضًا تقليل تركيز ثاني أكسيد الكربون داخل أوراق النبات من خلال تقدم دورة C3. عندما يكون تركيز ثاني أكسيد الكربون منخفضًا ، يتم تعزيز التنفس الضوئي ، مما يقلل من كفاءة التمثيل الضوئي. من أجل زيادة كفاءة التمثيل الضوئي خلال الظروف الجافة والحارة ، تجري مصانع C4 دورة C4.

يشارك نوعان من الخلايا في دورة C4: خلايا الميزوفيل وخلايا غمد الحزمة. الأنسجة الوعائية للورقة محاطة بخلايا غمد الحزمة. تم وصف بنية أوراق نباتات C4 بواسطة تشريح كرانز. يتفاعل Phosphoenol pyruvate مع ثاني أكسيد الكربون في خلايا mesophyll ، مكونًا oxaloacetate ، وهو مركب رباعي الكربون. يتم تحفيز التفاعل بواسطة إنزيم فوسفوينول بيروفات الكربوكسيلاز ، وهو غير حساس للأكسجين. ثم يتم تقليل Oxaloacetate إلى malate ، والذي يتم نقله إلى خلايا غمد الحزمة. في خلايا غلاف الحزمة ، يتم نزع الكربوكسيل من مالات عن طريق إزالة ثاني أكسيد الكربون ، والدخول في دورة C3. تظهر دورة C4 في الشكل 2.

الشكل 2: دورة C4

الفرق بين دورة C3 و C4

أول مجمع إسطبل

دورة C3: أول مركب مستقر يتم إنتاجه في دورة C3 هو مركب ثلاثي الكربون يسمى حمض 3-فوسفوجليسيريك.

دورة C4: أول مركب مستقر ينتج في دورة C4 هو مركب رباعي الكربون يسمى حمض oxaloacetic.

الملاحظة الأولى

دورة C3: تمت ملاحظة دورة C3 لأول مرة بواسطة Melvin Calvin.

دورة C4: تم ملاحظة دورة C4 لأول مرة بواسطة Hatch و Slack.

أسماء بديلة

دورة C3: تسمى دورة C3 دورة كالفين.

دورة C4: تسمى دورة C4 دورة Hatch-Slack.

حضور

دورة C3: تم العثور على دورة C3 في جميع النباتات.

دورة C4: توجد دورة C4 فقط في نباتات C4 مثل الذرة الرفيعة والذرة.

متقبل ثاني أكسيد الكربون الأولي

دورة C3: متقبل ثاني أكسيد الكربون الأساسي هو مركب خماسي الكربون ، Ribulose bi phosphate (RUBP).

دورة C4: متقبل ثاني أكسيد الكربون الأساسي هو مركب ثلاثي الكربون ، حمض الفوسفوينول بيروفيك (PEP).

إنزيم الكربوكسيلاز

دورة C3: إنزيم الكربوكسيلاز هو Rubisco في مصانع C3.

دورة C4: إنزيمات الكربوكسيلاز هي PEP carboxylase و Rubisco.

تثبيت الكربون

دورة C3: يحدث التثبيت الفردي للكربون في دورة C3.

دورة C4: تحدث تثبيتات الكربون المزدوجة في دورة C4.

الكفاءة في تثبيت الكربون

دورة C3: تثبيت الكربون أقل كفاءة وبطيء في دورة C3.

دورة C4: يعتبر تثبيت الكربون أكثر كفاءة وسرعة في دورة C4.

متطلبات تثبيت الكربون

دورة C3: يتطلب تثبيت جزيء كربون واحد 3 ATP و 2 NADH.

دورة C4: يتطلب تثبيت التثبيت الفردي للكربون 5 ATP و 3 NADH.

أنواع البلاستيدات الخضراء

دورة C3: تشارك البلاستيدات الخضراء الحبيبية في دورة C3.

دورة C4: تشارك البلاستيدات الخضراء الحبيبية والحبيبية في دورة C4.

تشريح كرانز في الأوراق

دورة C3: تشريح كرانز غائب في أوراق نباتات C3.

دورة C4: تشريح كرانز موجود في أوراق نباتات C4.

الخلايا

دورة C3: يتم تنفيذ دورة C3 بواسطة خلايا الميزوفيل.

دورة C4: يتم تنفيذ دورة C4 بواسطة كل من خلايا الميزوفيل وخلايا غمد الحزمة.

درجة الحرارة المثلى

دورة C3: درجة الحرارة المثلى لدورة C3 هي 20-25 درجة مئوية.

دورة C4: درجة الحرارة المثلى لدورة C4 هي 30-45 درجة مئوية.

بتركيزات منخفضة جدا من ثاني أكسيد الكربون

دورة C3: دورة C3 غير قادرة على المضي قدما في تركيزات منخفضة جدا من ثاني أكسيد الكربون.

دورة C4: يمكن أن تستمر دورة C4 بتركيزات منخفضة جدًا من ثاني أكسيد الكربون.

تأثير الأكسجين

دورة C3: دورة C3 يمنعها الأكسجين.

دورة C4: لم يلاحظ أي تثبيط لدورة c4 مع دورة C4.

ضوء الشمس

دورة C3: يمكن تشبع دورة C3 بضوء الشمس.

دورة C4: دورة C4 لا تشبع بضوء الشمس.

التنفس الضوئي

دورة C3: لوحظ قدر كبير من التنفس الضوئي في دورة C3.

دورة C4: لوحظ قدر ضئيل من التنفس الضوئي في دورة C4.

استنتاج

دورة C3 و C4 هما نوعان من التفاعلات المظلمة التي تحدث أثناء عملية التمثيل الضوئي. تحدث دورة C3 في جميع النباتات عند درجة حرارة 20-25 درجة مئوية ، بينما تحدث دورة C4 فقط في نباتات C4 عند 30-45 درجة مئوية. خلال دورة C3 ، لوحظ حدث تثبيت كربون واحد بينما ، خلال دورة C4 ، لوحظ حدثان لتثبيت الكربون. يحدث التنفس الضوئي أثناء دورة C3 ولكن تحدث كميات ضئيلة من التنفس الضوئي أثناء دورة C4. كفاءة دورة C3 منخفضة عند مقارنتها بكفاءة دورة C4. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين دورة C3 و C4 في عدد الكربون في أول مركب ثابت يتم إنتاجه في كل دورة.

المرجع: 1. بيرج ، جيريمي م. الكيمياء الحيوية. الطبعة الخامسة. المكتبة الوطنية الأمريكية للطب ، 01 يناير 1970. الويب. 16 أبريل 2017. 2. لوديش ، هارفي. "التمثيل الغذائي لثاني أكسيد الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي." بيولوجيا الخلية الجزيئية. الطبعة الرابعة. المكتبة الوطنية الأمريكية للطب ، 01 يناير 1970. الويب. 16

الصورة مجاملة: 1. "Calvin-cycle4" بقلم مايك جونز - العمل الخاص (CC BY-SA 3.0) عبر Commons Wikimedia 2. "HatchSlackpathway2" بقلم HatchSlackpathway.svg: * HatchSlackpathway.png: عمل مشتقات الأدينوزين: عمل جاموسين: أدينوسين (talk) - HatchSlackpathway.svg (CC BY-SA 2.5) عبر ويكيميديا ​​كومنز