ההבדל העיקרי בין צמחי C3 ו-C4 הוא שצמחי C3 יוצרים תרכובת שלושה פחמנים בתור התוצר היציב הראשון של התגובה האפלה בעוד שצמחי C4 יוצרים תרכובת ארבעה פחמנים בתור התוצר היציב הראשון של תגובה אפלה.
פוטוסינתזה הוא תהליך המונע על ידי אור הממיר פחמן דו חמצני ומים לסוכרים עשירים באנרגיה בצמחים, באצות ובציאנובקטריה. במהלך תגובת האור של פוטוסינתזה, מתרחשת פוטוליזה של מולקולות מים. כתוצאה מפוטוליזה של מים, חמצן משתחרר כתוצר לוואי. לאחר תגובת האור, התגובה הכהה מתחילה והיא מסנתזת פחמימות על ידי קיבוע פחמן דו חמצני.עם זאת, חמצן שנוצר מתגובת האור יכול להיקשר לאנזים העיקרי של התגובה הכהה שהוא RuBP oxygenase-carboxylase (Rubisco) ולבצע photorespiration. Photorespiration הוא תהליך שמבזבז אנרגיה ומפחית את סינתזת הפחמימות. לכן, על מנת למנוע photorespiration, ישנן שלוש דרכים שונות שבהן מתרחשת תגובה כהה בצמחים כדי למנוע מפגש של חמצן עם Rubisco. לפיכך, בהתאם לאופן שבו מתרחשת תגובה אפלה, ישנם 3 סוגי צמחים; כלומר, צמחי C3, צמחי C4 וצמחי CAM.
מה הם C3 Plants?
כ-95% מהצמחים על פני כדור הארץ הם צמחי C3. כפי שהשם מעיד, הם מבצעים מנגנון פוטוסינתזה C3 שהוא מחזור קלווין. הפוטוסינתזה של C3 התרחשה לפני כמעט 3.5 מיליארד שנים. צמחים אלו הם בעיקר צמחי עץ ועגולים. בצמחים אלו, קיבוע פחמן מתרחש בתאי המזופיל שנמצאים ממש מתחת לאפידרמיס.
פחמן דו חמצני נכנס מהאטמוספירה לתאי המזופיל דרך הסטמטה.ואז מתחילה התגובה האפלה. התגובה הראשונה היא קיבוע של פחמן דו חמצני עם Ribulose bisphosphate לפוספוגליצרט שהוא תרכובת שלושה פחמנים. למעשה, זהו המוצר היציב הראשון של מפעלי C3. Ribulose bisphosphate carboxylase (Rubisco) הוא האנזים המזרז את תגובת הקרבוקסילציה הזו בצמחים. באופן דומה, מחזור קלווין מתרחש באופן מחזורי תוך ייצור פחמימות.
איור 01: C3 Plants
בהשוואה לצמחי C4, צמחי C3 אינם יעילים לגבי המנגנון הפוטוסינתטי שלהם. זה בגלל התרחשות של photorespiration בצמחי C3. Photorespiration מתרחשת עקב פעילות החמצן של האנזים Rubisco. חמצון של רוביסקו פועל בכיוון ההפוך לקרבוקסילציה, מבטל ביעילות את הפוטוסינתזה על ידי בזבוז כמויות גדולות של פחמן שנקבע במקור על ידי מחזור קלווין במחיר גבוה, וגורם לאובדן פחמן דו חמצני מהתאים שמקבעים פחמן דו חמצני.באופן דומה, אינטראקציה עם חמצן ופחמן דו חמצני מתרחשת באותו אתר על רוביסקו. תגובות מתחרות אלו פועלות בדרך כלל ביחס של 3:1 (פחמן: חמצן). לפיכך, ברור ש-photorespiration הוא תהליך מעורר אור שצורך חמצן ומפתח פחמן דו חמצני.
מהם צמחי C4?
C4 צמחים קיימים באזורים יבשים ובטמפרטורות גבוהות. לכ-1% ממיני הצמחים יש ביוכימיה של C4. כמה דוגמאות לצמחי C4 הם תירס וקנה סוכר. כפי שהשם מעיד, צמחים אלה מבצעים את מנגנון הפוטוסינתזה C4. הפוטוסינתזה של C4 התרחשה לפני כמעט 12 מיליון שנה; הרבה אחרי האבולוציה של מנגנון C3. צמחי C4 עשויים להיות מותאמים טוב יותר כעת, שכן רמות הפחמן הדו חמצני הנוכחיות נמוכות בהרבה מלפני 100 מיליון שנה.
צמחים C4 יעילים הרבה יותר בלכידת פחמן דו חמצני. יתר על כן, פוטוסינתזה של C4 נמצאת במינים חד-צוטיים וגם במינים דו-ציתיים. בניגוד לצמחי C3, המוצר היציב הראשון שנוצר במהלך הפוטוסינתזה הוא חומצה אוקסלואצטית, שהיא תרכובת ארבעה פחמנים.והכי חשוב, העלים של צמחים אלה מראים סוג מיוחד של אנטומיה הנקראת "אנטומיה של קרנץ". יש מעגל של תאי נדן עם כלורופלסטים סביב צרורות כלי דם שבאמצעותם ניתן לזהות צמחי C4.
איור 02: C4 Plants
במסלול זה, קיבוע פחמן דו חמצני מתרחש פעמיים. בציטופלזמה של תא המזופיל, CO2 מתקבע תחילה עם פוספואנולפירובאט (PEP), שפועל כמקבל ראשוני. התגובה מזורזת על ידי אנזים PEP carboxylase. ואז PEP ממיר למאלאט ואז לפירובט משחרר CO2, וה-CO2שוב מתתקן בפעם השנייה עם ביספוספט ריבולוז, ליצירת 2 פוספוגליצרט לביצוע מחזור קלווין.
מהם הדמיון בין צמחי C3 ו-C4?
- צמחי C3 ו-C4 מקבעים פחמן דו חמצני ומייצרים פחמימות.
- הם מבצעים תגובה אפלה.
- כמו כן, שני סוגי הצמחים מבצעים את אותה תגובת אור.
- יתר על כן, יש להם כלורופלסטים לביצוע פוטוסינתזה.
- המשוואה הפוטוסינתטית שלהם דומה.
- יתר על כן, RuBP כרוך בתגובה האפלה של שני סוגי הצמחים.
- שני הצמחים מייצרים פוספוגליצרט.
מה ההבדל בין צמחי C3 ו-C4?
צמחי C3 מייצרים חומצה פוספוגליצרית כתוצר היציב הראשון של התגובה הכהה. זוהי תרכובת שלושה פחמנים. מצד שני, צמחי C4 מייצרים חומצה אוקסלו-אצטית כתוצר היציב הראשון של התגובה הכהה. זוהי תרכובת ארבעה פחמנים. לכן, זהו ההבדל העיקרי בין מפעלי C3 ו-C4.
יתר על כן, היעילות הפוטוסינתטית של צמחי C3 נמוכה מהיעילות הפוטוסינתטית של צמחי C4.זה נובע מהנשימה הפתולית הנראית בצמחי C3 שהיא זניחה בצמחי C4. לפיכך, זהו הבדל נוסף בין צמחי C3 ו-C4. כאשר בוחנים את ההבדלים המבניים, לצמחי C3 אין שני סוגים של כלורופלסטים ואנטומיה של קרנץ בעלים. מצד שני, לצמחי C4 יש שני סוגים של כלורופלסטים, והם מראים את האנטומיה של קרנץ בעלים. לפיכך, זה גם הבדל בין מפעלי C3 ו-C4.
יתר על כן, הבדל נוסף בין מפעלי C3 ו-C4 הוא שמפעלי C3 מקבעים פחמן דו חמצני פעם אחת בלבד ואילו מפעלי C4 מקבעים פחמן דו חמצני פעמיים. בשל עובדה זו, הטמעת C פחותה בצמחי C3 ואילו הטמעת C גבוהה בצמחי C4. לא רק זה, צמחי C4 יכולים לבצע פוטוסינתזה כאשר הסטמטות סגורות ותחת ריכוזי אור גבוהים מאוד וריכוזים נמוכים של CO2 . עם זאת, צמחי C3 אינם מסוגלים לבצע פוטוסינתזה כאשר הסטומטה סגורה ותחת ריכוזי אור גבוהים מאוד וריכוזי CO2 נמוכים.לכן, זהו גם הבדל משמעותי בין צמחי C3 ו-C4. יתר על כן, צמחי C3 וצמחי C4 שונים מקולט הפחמן הדו חמצני הראשון. RuBP הוא המקבל CO2 במפעלי C3 בעוד PEP הוא הקולט הראשון של CO2 במפעלי C4.
סיכום – C3 לעומת C4 Plants
C3 ו-C4 הם שני סוגים של צמחים. צמחי C3 נפוצים מאוד בעוד שצמחי C4 נדירים מאוד. ההבדל העיקרי בין צמחי C3 ו-C4 תלוי בתוצר הפחמן הראשון שהם מייצרים במהלך התגובה החשוכה. מפעלי C3 מבצעים את מחזור קלווין ומייצרים תרכובת שלושה פחמן כמוצר היציב הראשון ואילו מפעלי C4 מבצעים מנגנון C4 ומייצרים תרכובת ארבעה פחמנים כמוצר היציב הראשון. יתר על כן, צמחי C3 מראים פחות יעילות פוטוסינתטית בעוד שצמחי C4 מראים יעילות פוטוסינתטית גבוהה.יתר על כן, לצמחי C3 אין אנטומיה של קרנץ בעלים, וגם אין להם שני סוגים של כלורופלסטים. מצד שני, לצמחי C4 יש אנטומיה של קרנץ בעלים שלהם, וגם יש להם שני סוגים של כלורופלסטים. לפיכך, זהו הסיכום של מפעלי C3 ו-C4.
