Het belangrijkste verschil tussen C3- en C4-planten is dat de C3-planten een drie-koolstofverbinding vormen als het eerste stabiele product van de donkere reactie, terwijl de C4-planten een vier-koolstofverbinding vormen als het eerste stabiele product van de donkere reactie.
Fotosynthese is een door licht aangedreven proces dat koolstofdioxide en water omzet in energierijke suikers in planten, algen en cyanobacteriën. Tijdens de lichtreactie van fotosynthese vindt fotolyse van watermoleculen plaats. Als gevolg van fotolyse van water komt zuurstof vrij als bijproduct. Na de lichtreactie begint de donkerreactie en synthetiseert het koolhydraten door kooldioxide te fixeren. Zuurstof die door de lichtreactie wordt gegenereerd, kan echter binden met het belangrijkste enzym van de donkere reactie, namelijk RuBP-oxygenase-carboxylase (Rubisco) en fotorespiratie uitvoeren. Fotorespiratie is een proces dat energie verspilt en de synthese van koolhydraten vermindert. Om fotorespiratie te voorkomen, zijn er daarom drie verschillende manieren waarop donkerreacties plaatsvinden in planten om de ontmoeting van zuurstof met Rubisco te voorkomen. Daarom zijn er, afhankelijk van de manier waarop de donkerreactie plaatsvindt, 3 soorten planten; namelijk C3-planten, C4-planten en CAM-planten.
Wat zijn C3-planten?
Ongeveer 95% van de planten op aarde zijn C3-planten. Zoals de naam al aangeeft, voeren ze het C3-fotosynthetische mechanisme uit dat de Calvin-cyclus is. C3-fotosynthese zou bijna 3,5 miljard jaar geleden zijn ontstaan. Deze planten zijn meestal houtachtige en ronde bladplanten. In deze planten vindt koolstoffixatie plaats in de mesofylcellen die zich net onder de epidermis bevinden.
Koolstofdioxide komt vanuit de atmosfeer via de huidmondjes in de mesofylcellen. Dan begint de donkerreactie. De eerste reactie is de fixatie van koolstofdioxide met Ribulose-bisfosfaat in fosfoglyceraat, een verbinding met drie koolstofatomen. Het is zelfs het eerste stabiele product van de C3-planten. Ribulosebisfosfaatcarboxylase (Rubisco) is het enzym dat deze carboxyleringsreactie in planten katalyseert. Evenzo vindt de Calvin-cyclus cyclisch plaats terwijl er koolhydraten worden geproduceerd.
Figuur 01: C3-planten
Vergeleken met C4-planten zijn C3-planten inefficiënt wat betreft hun fotosynthesemechanisme. Het is vanwege het optreden van fotorespiratie in C3-planten. Fotorespiratie treedt op als gevolg van de oxygenase-activiteit van het Rubisco-enzym. Oxygenatie van Rubisco werkt in de tegenovergestelde richting van carboxylatie, maakt de fotosynthese effectief ongedaan door grote hoeveelheden koolstof te verspillen die oorspronkelijk door de Calvin-cyclus waren vastgelegd tegen hoge kosten, en resulteert in verlies van koolstofdioxide uit de cellen die koolstofdioxide fixeren. Evenzo vindt interactie met zuurstof en koolstofdioxide plaats op dezelfde plaats op Rubisco. Deze concurrerende reacties verlopen normaal gesproken in een verhouding van 3:1 (koolstof: zuurstof). Het is dus duidelijk dat fotorespiratie een door licht gestimuleerd proces is dat zuurstof verbruikt en kooldioxide ontwikkelt.
Wat zijn C4-planten?
C4-planten zijn aanwezig in droge gebieden en gebieden met hoge temperaturen. Ongeveer 1% van de plantensoorten heeft C4-biochemie. Enkele voorbeelden van C4-planten zijn maïs en suikerriet. Zoals de naam al aangeeft, voeren deze planten het C4-fotosynthesemechanisme uit. Men denkt dat C4-fotosynthese bijna 12 miljoen jaar geleden is ontstaan; lang na de evolutie van het C3-mechanisme. C4-fabrieken zijn nu misschien beter aangepast, aangezien de huidige koolstofdioxidegeh alten veel lager zijn dan 100 miljoen jaar geleden.
C4-fabrieken zijn veel efficiënter in het opvangen van koolstofdioxide. Bovendien wordt C4-fotosynthese gevonden in zowel eenzaadlobbige als tweezaadlobbige soorten. In tegenstelling tot C3-planten is het eerste stabiele product dat tijdens de fotosynthese wordt gevormd oxaalazijnzuur, een verbinding met vier koolstofatomen. Het belangrijkste is dat de bladeren van deze planten een speciaal type anatomie vertonen, genaamd "Kranz Anatomy". Er is een cirkel van bundelschedecellen met chloroplasten rond vaatbundels waarmee C4-planten kunnen worden geïdentificeerd.
Figuur 02: C4 Planten
In deze route komt kooldioxidefixatie twee keer voor. In het cytoplasma van de mesofylcel fixeert CO2 zich eerst met fosfoenolpyruvaat (PEP), dat als primaire acceptor fungeert. De reactie wordt gekatalyseerd door PEP-carboxylase-enzym. Vervolgens wordt PEP omgezet in malaat en vervolgens in pyruvaat, waarbij CO2 vrijkomt. fosfoglyceraat om de Calvin-cyclus uit te voeren.
Wat zijn de overeenkomsten tussen C3- en C4-planten?
- Zowel C3- als C4-planten leggen koolstofdioxide vast en produceren koolhydraten.
- Ze voeren een duistere reactie uit.
- Bovendien voeren beide soorten planten dezelfde lichtreactie uit.
- Bovendien hebben ze chloroplasten om fotosynthese uit te voeren.
- Hun fotosynthetische vergelijking is vergelijkbaar.
- Bovendien houdt RuBP zich bezig met de donkerreactie van beide soorten planten.
- Beide planten produceren fosfoglyceraat.
Wat is het verschil tussen C3- en C4-planten?
C3-planten produceren fosfoglycerinezuur als het eerste stabiele product van de donkere reactie. Het is een verbinding met drie koolstofatomen. Aan de andere kant produceren C4-planten oxaalazijnzuur als het eerste stabiele product van de donkere reactie. Het is een vier-koolstofverbinding. Daarom is dit het belangrijkste verschil tussen C3- en C4-fabrieken.
Bovendien is de fotosynthetische efficiëntie van C3-planten lager dan de fotosynthetische efficiëntie van C4-planten. Het is te wijten aan de fotorespiratie die wordt gezien in C3-planten, die verwaarloosbaar is in C4-planten. Het is dus een ander verschil tussen C3- en C4-planten. Als we kijken naar de structurele verschillen, hebben C3-planten geen twee soorten chloroplasten en Kranz-anatomie in bladeren. Aan de andere kant hebben C4-planten twee soorten chloroplasten en ze laten de Kranz-anatomie in bladeren zien. Het is dus ook een verschil tussen C3- en C4-planten.
Bovendien is een ander verschil tussen C3- en C4-fabrieken dat de C3-fabrieken slechts eenmaal kooldioxide vastleggen, terwijl C4-planten kooldioxide tweemaal vastleggen. Vanwege dit feit is de C-assimilatie minder in C3-planten, terwijl de C-assimilatie hoog is in C4-planten. Niet alleen dat, C4-planten kunnen fotosynthese uitvoeren wanneer de huidmondjes gesloten zijn en onder zeer hoge lichtconcentraties en lage CO2 -concentraties. C3-planten zijn echter niet in staat om fotosynthese uit te voeren wanneer de huidmondjes gesloten zijn en bij zeer hoge lichtconcentraties en lage CO2 -concentraties. Daarom is dit ook een significant verschil tussen C3- en C4-fabrieken. Verder verschillen C3-planten en C4-planten van de eerste kooldioxide-acceptor. RuBP is de CO2-acceptor in C3-fabrieken, terwijl PEP de eerste CO2-acceptor is in C4-fabrieken.
Samenvatting – C3 vs C4 Plants
C3 en C4 zijn twee soorten planten. C3-planten komen veel voor, terwijl C4-planten zeer zeldzaam zijn. Het belangrijkste verschil tussen C3- en C4-planten hangt af van het eerste koolstofproduct dat ze produceren tijdens de donkerreactie. C3-fabrieken voeren de Calvin-cyclus uit en produceren een verbinding met drie koolstoffen als het eerste stabiele product, terwijl de C4-fabrieken het C4-mechanisme uitvoeren en een verbinding met vier koolstofatomen produceren als het eerste stabiele product. Bovendien vertonen C3-planten minder fotosynthese-efficiëntie, terwijl C4-planten een hoge fotosynthese-efficiëntie vertonen. Bovendien hebben C3-planten geen Kranz-anatomie in bladeren en hebben ze ook geen twee soorten chloroplasten. Aan de andere kant hebben C4-planten Kranz-anatomie in hun bladeren en ze hebben ook twee soorten chloroplasten. Dit is dus het overzicht van C3- en C4-planten.
