主な違い C3 C4 と CAM 光合成の違いは、C3 光合成がカルビン サイクルを介して 3 炭素化合物を生成し、C4 光合成が中間の 4 炭素化合物を生成し、これがカルビン サイクルの 3 炭素化合物に分裂することです。光合成は日中に太陽光を集め、夜に二酸化炭素を固定します。 さらに、植物の大部分はC3光合成を受けますが、C4光合成は、カニグラス、サトウキビ、トウモロコシなどの維管束植物の約3％で発生します。 一方、CAM光合成は、サボテンやパイナップルなどの乾燥環境に適応した植物で発生します。
C3、C4、および CAM 光合成は、カルビン サイクルのモードが異なる 3 種類の光合成経路です。それらは、光呼吸と戦うためのさまざまなメカニズムを持っています。 C3植物は光呼吸に対抗する特別な機能を持っていませんが、C4植物は二酸化炭素固定とカルビンサイクルを別々の細胞で行うことにより光呼吸を最小限に抑えます.一方、CAM植物は、二酸化炭素固定とカルビンサイクルを別々の時間に行うことで光呼吸を最小限に抑えます。
対象となる主な分野
1. 光合成とは
– 定義、明るい反応、暗い反応
2. C3 光合成とは
– 定義、暗い反応、重要性
3. C4 光合成とは
– 定義、暗い反応、重要性
4. CAM 光合成とは
– 定義、暗い反応、重要性
5. C3 C4 と CAM 光合成の類似点は何ですか
– 共通機能の概要
6. C3 C4 と CAM 光合成の違いは何ですか
– 主な相違点の比較
主な用語
CAM 光合成、カルビン サイクル、C3 光合成、C4 光合成、光呼吸
光合成とは
光合成は、大気中の二酸化炭素と水を使用して単純な炭水化物を合成するために、太陽光からの光エネルギーを固定する役割を担う緑色植物の細胞プロセスです。これは、葉緑体で起こるプロセスです。
図 1:光合成
さらに、光合成は明反応と暗反応の2段階で進行します。通常、光反応では、クロロフィルが太陽光からエネルギーを吸収し、ATP と補酵素の NADPH2 という 2 種類のエネルギー豊富な分子を合成します。対照的に、暗反応では、これらの 2 つのエネルギー豊富な分子は、二酸化炭素を固定することによって炭水化物の合成に使用されます。また、植物には環境条件によって3種類の暗反応が起こります。それらはC3、C4、およびCAMの光合成です。
C3 光合成とは
C3 光合成は、すべての光合成植物で起こる主なタイプの光合成です。一般に、光反応に続いて、カルビンサイクルの標準的なメカニズムを経ます。したがって、カルビン サイクルの最初のステップは、C3 光合成における二酸化炭素の固定です。ここで、二酸化炭素はリブロース 1,5-ビスリン酸に固定され、不安定な炭素数 6 の化合物を形成し、その後、炭素数 3 の化合物である 3-ホスホグリセレートに加水分解されます。ここで、C3 光合成の最初の安定生成物は 3 炭素化合物であるため、この名前が付けられました。
図 2:C3 光合成 – 通常のカルビン サイクル
葉緑体のチラコイド膜の間質表面にある酵素 RuBisCO は、上記の反応を触媒します。 RuBisCO は触媒が不完全であるため、光呼吸と呼ばれるプロセスで酸素分子と高度に反応します。さらに、二酸化炭素固定により、2 分子の 3-ホスホグリセレートが生成されます。 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を受けて、フルクトース 6-リン酸、グルコース 6-リン酸、およびグルコース 1-リン酸の 3 種類のヘキソースリン酸が形成されます。また、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。
C4 光合成とは
C4 光合成は、主に熱帯植物で起こる別の形態の光合成です。通常、これらの植物では、乾燥した暑い条件での水分の過度の損失を減らすために、ガス交換気孔は一日のほとんどの時間閉じたままです。したがって、植物の葉の内部の二酸化炭素濃度は、C3サイクルの進行に十分ではなく、光呼吸が促進され、光合成の効率が低下します。したがって、乾燥した暑い条件で効率を高めるために、これらの植物は C4 光合成を行います。
図 3:C4 光合成 – 暗反応
さらに、クランツの解剖学は、C4 植物の葉の構造を説明しています。基本的に、C4 植物の葉には 2 種類の細胞が存在します。それらは葉肉細胞と束鞘細胞です。束鞘細胞が血管組織を取り囲んでいます。葉肉細胞では、ホスホエノールピルビン酸が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。ここで、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼは、二酸化炭素固定を触媒する酵素です。ただし、酸素に鈍感です。したがって、光呼吸は、ルビスコによる二酸化炭素固定に関して最小限に抑えられます。その後、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して脱炭酸し、C3 サイクルに入ります。
CAM 光合成とは
CAM 光合成は、半乾燥条件下の植物で起こる光合成の 3 番目の形態です。通常、光合成に必要な 2 つの要素のうちの 1 つは水であり、もう 1 つは二酸化炭素です。しかし、これらの植物の水分損失は高いです。そのため、植物内部に水分を多く蓄え、とろみをつけます。また、蒸発を抑えるためにワックスコーティングが施されています。一般に、サボテン、セダム、ヒスイ、蘭、リュウゼツランなどの多肉植物は半乾燥植物です。
図 4:CAM 光合成 - 暗反応
さらに、これらの植物は日中は気孔を閉じたままにします。代わりに、夜に開き、夜に二酸化炭素を摂取します。次に、この二酸化炭素はホスホエノールピルビン酸に固定され、C4 光合成によってオキサロ酢酸を形成します。次に、このオキサロ酢酸はリンゴ酸に変換され、日光が戻るまで保存されます。その後、リンゴ酸は正常なカルビンサイクルを受けるために葉肉細胞に移動します。
C3 C4 と CAM 光合成の類似点
- C3、 C4、および CAM 光合成は、植物で起こる3種類の光合成プロセス。
- 一般に、光合成は二酸化炭素と水からグルコースなどの小さな有機化合物を合成するために、太陽光からエネルギーを固定する役割を担う植物。
- 明反応とカルビンサイクルの両方どのタイプの光合成でも同じように起こります。ただし、炭素の固定方法が異なります。
C3 C4 と CAM 光合成の違い
定義
C3 光合成は、カルビン サイクルを介して 3 炭素化合物を生成する主要なタイプの光合成を指し、C4 光合成は、中間の 4 炭素化合物を生成するタイプの光合成を指します。 、カルビン サイクルの 3 炭素化合物に分割します。対照的に、CAM光合成は、日中に太陽光を収集し、夜間に二酸化炭素を固定する別のタイプの光合成を指します.
発生
植物の大部分は C3 光合成を行います。 C4 光合成はカニノキ、サトウキビ、トウモロコシなどの維管束植物の約 3% で発生しますが、CAM 光合成はサボテンやパイナップルなどの乾燥環境に適応した植物で発生します。
関与する細胞
C3 光合成は葉肉細胞でのみ発生し、C4 光合成は葉肉細胞と束鞘細胞で発生し、CAM 光合成は葉肉で発生します。
最初の安定した製品
3-ホスホグリセレート (3-PGA) は C3 光合成で生成される最初の安定化合物であり、オキサロ酢酸 (OAA) は C4 光合成で生成される最初の安定化合物であり、CAM 植物は 3 - 日中はホスホグリセレート (3-PGA)、夜間はオキサロ酢酸 (OAA)。
ダーク リアクションの要件
さらに、C3 植物は暗反応に 12 個の NADPH と 18 個の ATP を必要とし、C4 植物は暗反応に 12 個の NADPH と 30 個の ATP を必要とし、CAM 植物は 12 個の NADPH と 39 個の ATP を必要とする暗い反応のために。
至適温度
C3 光合成の最適温度は 15～25 °C、C4 光合成の最適温度は 30～40 °C で、CAM 光合成の最適温度は> 40℃。
日中の気孔開放
C3 と C4 の両方の光合成において、日中は気孔が開いたままですが、夜間は気孔が閉じたままです。
カルボキシル化酵素
RuBP カルボキシラーゼは C3 光合成におけるカルボキシル化酵素であり、PEP カルボキシラーゼは葉肉における酵素であり、RuBP カルボキシラーゼは C4 光合成における束鞘細胞における酵素であり、PEP カルボキシラーゼは暗所で活性な酵素であり、RuBP カルボキシラーゼは CAM の光合成で日中に活性な酵素です。
最初の二酸化炭素受容体
リブロース-1,5-ビスホスフェート (RuBP) は C3 光合成における最初の二酸化炭素受容体であり、ホスホエノールピルビン酸 (PEP) は C4 光合成と CAM の両方における最初の二酸化炭素受容体です。光合成。
葉の解剖学
葉の構造は、C3 光合成の典型です。クランツの解剖学はC4光合成に存在し、葉の解剖学はCAM光合成でゼロモルフィックです。
光呼吸
さらに、C3植物は光呼吸に対抗する特別な機能を持たず、C4植物は二酸化炭素固定とカルビンサイクルを別々の細胞で行うことで光呼吸を最小限に抑え、CAM植物は炭素を行うことで光呼吸を最小限に抑えます。二酸化固定とカルビンサイクルは別の時間です。
結論
C3 光合成は、カルビン サイクルで 3 炭素化合物を生成する光合成の主要な形態です。通常、すべての光合成植物で発生します。ただし、C3 植物ではより高い速度で光呼吸が発生します。対照的に、C4光合成は、熱帯植物で起こる光合成の一種です。また、中間の 4 炭素化合物が生成され、これがカルビン回路の 3 炭素化合物に分割されます。炭素固定とカルビンサイクルを別々の細胞で行うため、光呼吸を最小限に抑えます。一方、CAM光合成は別のタイプの光合成であり、半乾燥条件で発生します。ここでは、夜間に二酸化炭素固定が行われます。また、二酸化炭素固定とカルビンサイクルを別々の時間に行うことで、光呼吸を最小限に抑えます。したがって、C3、C4、および CAM の光合成の主な違いは、炭素固定、発生、および光呼吸を最小限に抑える方法の違いです。
参考文献:
1.コーネル、ブレント。 「C3、C4、CAM プラント」 バイオ忍者 、ここから入手できます。
画像提供:
1.「単純な光合成の概要」Daniel Mayer (mav) 著 – Commons Wikimedia 経由の自作 (CC BY-SA 4.0)
2. 「Calvin-cycle4」Mike Jones 著 – Commons Wikimedia による自作 (CC BY-SA 3.0)
3. 「HatchSlackpathway2」HatchSlackpathway.svg (CC BY-SA 2.5)、Commons Wikimedia 経由
4. 「CAM」 By 元のアップロード者は、英語版ウィキペディアの Crenim でした。 (CC BY-SA 3.0) コモンズ ウィキメディア経由
