主な違い – C3 サイクルと C4 サイクル
C3 サイクルと C4 サイクルは、光合成の暗反応として発生する 2 種類の循環反応です。光合成は、エネルギー源として太陽光を使用して、単純な有機分子、無機分子からのグルコース、二酸化炭素、および水を生成することです。光合成中、明反応の後に暗反応が続きます。 C3 サイクルはカルビン サイクルとも呼ばれます 、一方、C4 サイクルは Hatch-Slack サイクル と呼ばれます . 主な違い C3サイクルとC4サイクルの間は、これらの反応によって生成される最初の安定した化合物です。 C3 サイクルで生成される最初の安定した化合物は、3-ホスホグリセリン酸 (PGA) と呼ばれる 3 つの炭素化合物です 一方、C4 サイクルで生成される最初の安定した化合物は、オキサロ酢酸 (OAA) と呼ばれる炭素数 4 の化合物です。
この記事では、
1. C3サイクルとは
– 特性、プロセス、機能
2. C4サイクルとは
– 特性、プロセス、機能
3. C3 サイクルと C4 サイクルの違いは何ですか
C3 サイクルとは
C3 サイクルは、光合成の暗反応で発生する 2 つの反応経路の 1 つです。それはすべての植物で発生します。 C3 サイクルには 3 つのステップが見られます。最初のステップでは、二酸化炭素がリブロース 1,5-ビスリン酸に固定され、不安定な炭素数 6 の化合物が形成され、これが加水分解されて炭素数 3 の化合物である 3-ホスホグリセレートになります。二酸化炭素の固定は、葉緑体のチラコイド膜の間質表面に見られる酵素ルビスコによって触媒されます。二酸化炭素の固定は、C3 サイクルの律速段階です。酵素ルビスコの触媒的不完全性により、酵素は光呼吸と呼ばれるプロセスによって分子状酸素と反応します。 1 回の二酸化炭素固定あたり、C3 サイクルの最初のステップで 2 分子の 3-ホスホグリセレートが形成されます。 2 番目のステップでは、1 分子の 3-ホスホグリセリン酸が還元され、フルクトース 6-リン酸、グルコース 6-リン酸、グルコース 1-リン酸の 3 種類のヘキソースリン酸が形成されます。残りの 3-ホスホグリセレートはリサイクルされ、リブロース 1, 5-ビスリン酸を形成します。 C3 サイクルは 図 1 に示されています .
図 1:C3 サイクル
C4 サイクルとは
C4 サイクルは、光合成の暗反応で発生するもう 1 つの反応経路です。サトウキビ、トウモロコシ、クラブグラスなどの高温乾燥環境で生育する植物は、光合成中に C4 経路を利用します。これらの植物では、乾燥した高温の状態での水分の過度の損失を減らすために、気孔を交換するガスがほぼ一日中閉じられています。これにより、C3サイクルの進行により植物の葉内部の二酸化炭素濃度も低下します。二酸化炭素濃度が低いと光呼吸が活発になり、光合成の効率が低下します。乾燥した高温条件下での光合成の効率を高めるために、これらの C4 植物は C4 サイクルを実行します。
C4 サイクルには、葉肉細胞と束鞘細胞の 2 種類の細胞が関与しています。葉の維管束組織は、束鞘細胞に囲まれています。 C4 植物の葉の構造は、クランツの解剖学によって記述されます。ホスホエノール ピルビン酸は、葉肉細胞内で二酸化炭素と反応し、4 炭素化合物であるオキサロ酢酸を形成します。この反応は、酸素の影響を受けないホスホエノール ピルビン酸カルボキシラーゼ酵素によって触媒されます。次に、オキサロ酢酸はリンゴ酸に還元され、束鞘細胞に移されます。束鞘細胞では、リンゴ酸は二酸化炭素を除去することによって脱炭酸され、C3 サイクルに入ります。 C4 サイクルは 図 2 に示されています .
図 2:C4 サイクル
C3 サイクルと C4 サイクルの違い
最初の安定化合物
C3 サイクル: C3 サイクルで生成される最初の安定した化合物は、3-ホスホグリセリン酸と呼ばれる 3 炭素化合物です。
C4 サイクル: C4 サイクルで生成される最初の安定な化合物は、オキサロ酢酸と呼ばれる炭素数 4 の化合物です。
最初の観察
C3 サイクル: C3 サイクルは、Melvin Calvin によって最初に観察されました。
C4 サイクル: C4 サイクルは Hatch と Slack によって初めて観測されました。
別名
C3 サイクル: C3 サイクルはカルビン サイクルと呼ばれます。
C4 サイクル: C4 サイクルは Hatch-Slack サイクルと呼ばれます。
プレゼンス
C3 サイクル: C3 サイクルはすべての植物に見られます。
C4 サイクル: C4 サイクルは、ソルガムやトウモロコシなどの C4 植物にのみ見られます。
一次二酸化炭素受容体
C3 サイクル: 主要な二酸化炭素受容体は、5 つの炭素化合物であるリブロース二リン酸 (RUBP) です。
C4 サイクル: 主要な二酸化炭素受容体は、3 つの炭素化合物であるホスホエノール ピルビン酸 (PEP) です。
カルボキシラーゼ酵素
C3 サイクル: カルボキシラーゼ酵素は、C3 植物のルビスコです。
C4 サイクル: カルボキシラーゼ酵素は、PEP カルボキシラーゼとルビスコです。
炭素固定
C3 サイクル: C3 サイクルで 1 回の炭素固定が発生します。
C4 サイクル: 二重炭素固定は C4 サイクルで発生します。
炭素固定の効率
C3 サイクル: 炭素固定は効率が悪く、C3 サイクルが遅くなります。
C4 サイクル: 炭素固定は、C4 サイクルでより効率的かつ高速です。
炭素固定の要件
C3 サイクル: 単一炭素分子の固定には、3 つの ATP と 2 つの NADH が必要です。
C4 サイクル: 単一炭素固定の固定には、5 つの ATP と 3 つの NADH が必要です。
葉緑体の種類
C3 サイクル: 顆粒状の葉緑体は C3 サイクルに関与しています。
C4 サイクル: 顆粒状および無顆粒状の葉緑体は C4 サイクルに関与しています。
葉のクランツの解剖学
C3 サイクル: クランツの構造は、C3 植物の葉にはありません。
C4 サイクル: クランツ解剖学は、C4 植物の葉に存在します。
セル
C3 サイクル: C3 サイクルは葉肉細胞によって実行されます。
C4 サイクル: C4 サイクルは、葉肉細胞と束鞘細胞の両方によって実行されます。
至適温度
C3 サイクル: C3 サイクルの最適温度は摂氏 20 ～ 25 度です。
C4 サイクル: C4 サイクルの最適温度は摂氏 30 ～ 45 度です。
非常に低い二酸化炭素濃度で
C3 サイクル: C3 サイクルは、二酸化炭素濃度が非常に低いと進行できません。
C4 サイクル: C4 サイクルは非常に低い二酸化炭素濃度で進行します。
酸素の影響
C3 サイクル: C3 サイクルは酸素によって阻害されます。
C4 サイクル: C4 サイクルでは、c4 サイクルの阻害は観察されません。
日光
C3 サイクル: C3 サイクルは太陽光で飽和する可能性があります。
C4 サイクル: C4 サイクルは太陽光で飽和しません。
光呼吸
C3 サイクル: C3 サイクルではかなりの量の光呼吸が観察されます。
C4 サイクル: C4 サイクルではごくわずかな量の光呼吸が観察されます。
結論
C3 サイクルと C4 サイクルは、光合成中に発生する 2 種類の暗反応です。 C3 サイクルは摂氏 20 ～ 25 度ですべての植物で発生しますが、C4 サイクルは摂氏 30 ～ 45 度で C4 植物でのみ発生します。 C3 サイクルでは、1 回の炭素固定イベントが観察されますが、C4 サイクルでは、2 つの炭素固定イベントが観察されます。光呼吸は C3 サイクル中に発生しますが、C4 サイクル中に発生する光呼吸はごくわずかです。 C4 サイクルの効率と比較すると、C3 サイクルの効率は低いです。 C3 サイクルと C4 サイクルの主な違いは、各サイクルで生成される最初の安定化合物の炭素数です。
参照:
1. Berg、Jeremy M.「カルビン サイクルは、二酸化炭素と水からヘキソースを合成します。」生化学。第5版。米国国立医学図書館、1970 年 1 月 1 日。ウェブ。 2017 年 4 月 16 日。
2. Lodish、Harvey。 「光合成中の CO2 代謝」。分子細胞生物学。第4版。米国国立医学図書館、1970 年 1 月 1 日。ウェブ。 16
