Il differenza principale tra C3 C4 e la fotosintesi CAM è che La fotosintesi C3 produce un composto a tre atomi di carbonio tramite il ciclo di Calvin e la fotosintesi C4 produce un composto intermedio a quattro atomi di carbonio, che si divide in un composto a tre atomi di carbonio per il ciclo di Calvin, mentre la fotosintesi CAM raccoglie la luce solare durante il giorno e fissa l'anidride carbonica a notte. Inoltre, la maggior parte delle piante subisce la fotosintesi C3, mentre la fotosintesi C4 si verifica in circa il 3% delle piante vascolari, tra cui erba di granchio, canna da zucchero, mais, ecc. Nel frattempo, la fotosintesi CAM avviene in piante adattate ad ambienti secchi, inclusi cactus e ananas.

La fotosintesi C3, C4 e CAM sono tre tipi di percorsi di fotosintesi con diverse modalità di cicli di Calvin. Hanno diversi meccanismi per combattere la fotorespirazione. Le piante C3 non hanno caratteristiche speciali per combattere la fotorespirazione, mentre le piante C4 riducono al minimo la fotorespirazione eseguendo la fissazione dell'anidride carbonica e il ciclo di Calvin in celle separate. Gli impianti CAM, d'altra parte, riducono al minimo la fotorespirazione eseguendo la fissazione dell'anidride carbonica e il ciclo di Calvin in momenti separati.

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Cos'è la fotosintesi?

La fotosintesi è il processo cellulare nelle piante verdi responsabile della fissazione dell'energia luminosa dalla luce solare al fine di sintetizzare carboidrati semplici con l'uso di anidride carbonica atmosferica e acqua. È un processo che si verifica nei cloroplasti.

Figura 1: fotosintesi

Inoltre, la fotosintesi procede attraverso due fasi: reazione alla luce e reazione al buio. Tipicamente, nella reazione alla luce, le clorofille assorbono energia dalla luce solare e sintetizzano due tipi di molecole ricche di energia: ATP e il coenzima, NADPH2. Al contrario, nella reazione oscura, queste due molecole ricche di energia vengono utilizzate per la sintesi dei carboidrati fissando l'anidride carbonica. Inoltre, ci sono tre tipi di reazioni al buio che si verificano nelle piante a seconda delle condizioni ambientali. Sono la fotosintesi C3, C4 e CAM.

Cos'è la fotosintesi C3?

La fotosintesi C3 è il principale tipo di fotosintesi che si verifica in ogni pianta fotosintetica. In genere, subisce il meccanismo standard del ciclo di Calvin, seguendo la reazione alla luce. Pertanto, il primo passo del ciclo di Calvin è la fissazione dell'anidride carbonica nella fotosintesi C3. Qui, l'anidride carbonica viene fissata nel ribulosio 1, 5-bisfosfato, formando un composto instabile a sei atomi di carbonio, che viene quindi idrolizzato nel composto a tre atomi di carbonio, 3-fosfoglicerato. Qui, il primo prodotto stabile della fotosintesi C3 è un composto a tre atomi di carbonio, da cui il nome.

Figura 2: Fotosintesi C3 - Ciclo di Calvin regolare

L'enzima RuBisCO nella superficie stromale della membrana tilacoide nel cloroplasto catalizza la reazione di cui sopra. A causa dell'imperfezione catalitica di RuBisCO, reagisce fortemente con l'ossigeno molecolare in un processo chiamato fotorespirazione. Inoltre, la fissazione dell'anidride carbonica produce due molecole di 3-fosfoglicerato. Durante la seconda fase, una molecola di 3-fosfoglicerato subisce una riduzione per formare tre tipi di esosofosfati: fruttosio 6-fosfato, glucosio 6-fosfato e glucosio 1-fosfato. Inoltre, il restante 3-fosfoglicerato viene riciclato, formando ribulosio 1, 5-bisfosfato.

Cos'è la fotosintesi C4?

La fotosintesi C4 è un'altra forma di fotosintesi che si verifica principalmente nelle piante tropicali. Tipicamente, i pori degli stomi che scambiano gas rimangono chiusi per la maggior parte del giorno in queste piante per ridurre l'eccessiva perdita di umidità in condizioni secche e calde. Pertanto, la concentrazione di anidride carbonica all'interno delle foglie delle piante non è sufficiente per la progressione del ciclo C3, che a sua volta migliora la fotorespirazione, riducendo l'efficienza della fotosintesi. Pertanto, al fine di aumentare l'efficienza in condizioni secche e calde, tali piante conducono la fotosintesi C4.

Figura 3: Fotosintesi C4 – Reazione Oscura

Inoltre, l'anatomia di Kranz descrive la struttura della foglia delle piante C4. Fondamentalmente, nella foglia della pianta C4 sono presenti due tipi di cellule. Sono cellule del mesofillo e cellule della guaina del fascio. Le cellule della guaina del fascio circondano il tessuto vascolare. Nelle cellule del mesofillo, il fosfoenolpiruvato reagisce con l'anidride carbonica, formando ossalacetato, che è un composto a quattro atomi di carbonio. Qui, la fosfoenolpiruvato carbossilasi è l'enzima che catalizza la fissazione dell'anidride carbonica. Tuttavia, è insensibile all'ossigeno; quindi, la fotorespirazione è ridotta al minimo rispetto alla fissazione dell'anidride carbonica da parte del rubisco. Successivamente, l'ossalacetato si riduce in malato, che viene quindi trasferito nelle cellule della guaina del fascio. Nelle cellule della guaina del fascio, il malato subisce la decarbossilazione rimuovendo l'anidride carbonica, entrando nel ciclo C3.

Cos'è la fotosintesi CAM?

La fotosintesi CAM è la terza forma di fotosintesi che si verifica nelle piante in condizioni semi-aride. Di solito, l'acqua è uno dei due fattori necessari per la fotosintesi mentre il secondo è l'anidride carbonica. Tuttavia, la perdita d'acqua di queste piante è elevata. Pertanto, immagazzinano molto acqua all'interno della pianta e diventano densi. Inoltre, hanno un rivestimento in cera per ridurre l'evaporazione. In generale, le piante grasse come cactus, sedum, giada, orchidee e agave sono le piante semiaride.

Figura 4: Fotosintesi CAM - Reazione Oscura

Inoltre, queste piante mantengono i loro stomi chiusi durante il giorno. Invece, si aprono di notte e assorbono anidride carbonica di notte. Quindi, questa anidride carbonica viene fissata in fosfoenolpiruvato, formando ossalacetato mediante fotosintesi C4. Successivamente, questo ossalacetato viene convertito in malato e viene immagazzinato fino al ritorno della luce del giorno. Successivamente, il malato si sposta nelle cellule del mesofillo per sottoporsi al normale ciclo di Calvin.

Somiglianze tra C3 C4 e fotosintesi CAM

Differenza tra C3 C4 e fotosintesi CAM

Definizione

La fotosintesi C3 si riferisce a un tipo importante di fotosintesi che produce un composto a tre atomi di carbonio tramite il ciclo di Calvin mentre la fotosintesi C4 si riferisce a un tipo di fotosintesi che produce un composto a quattro atomi di carbonio intermedio, che si divide in un composto a tre atomi di carbonio per il ciclo di Calvin. Al contrario, la fotosintesi CAM si riferisce a un altro tipo di fotosintesi, che raccoglie la luce solare durante il giorno e fissa l'anidride carbonica di notte.

Evento

La maggior parte delle piante subisce la fotosintesi C3; La fotosintesi C4 si verifica in circa il 3% delle piante vascolari tra cui erba di granchio, canna da zucchero, mais, ecc. mentre la fotosintesi CAM si verifica in piante adattate ad ambienti secchi tra cui cactus e ananas.

Cellule coinvolte in

La fotosintesi C3 si verifica solo nelle cellule del mesofillo e la fotosintesi C4 si verifica nelle cellule del mesofillo e nelle cellule della guaina del fascio mentre la fotosintesi CAM avviene nei mesofilli.

Primo prodotto stabile

Il 3-fosfoglicerato (3-PGA) è il primo composto stabile prodotto nella fotosintesi C3, l'ossalacetato (OAA) è il primo composto stabile prodotto nella fotosintesi C4 mentre le piante CAM producono 3-fosfoglicerato (3-PGA) di giorno e ossalacetato (OAA) di notte.

Requisiti per la reazione oscura

Temperatura ottimale

La temperatura ottimale per la fotosintesi C3 è 15-25 ° C e la temperatura ottimale per la fotosintesi C4 è 30-40 ° C mentre la temperatura ottimale per la fotosintesi CAM è > 40 ° C.

Apertura degli stomi durante il giorno

Gli stomi rimangono aperti durante il giorno sia nella fotosintesi C3 che C4 mentre gli stomi rimangono chiusi durante la notte.

Enzima di carbossilazione

La carbossilasi RuBP è l'enzima carbossilazione nella fotosintesi C3, la carbossilasi PEP è l'enzima nel mesofillo e la carbossilasi RuBP è l'enzima nelle cellule della guaina del fascio nella fotosintesi C4 mentre la carbossilasi PEP è l'enzima attivo al buio e la carbossilasi RuBP è l'enzima attivo nel il giorno nella fotosintesi CAM.

Accettore iniziale di anidride carbonica

Il ribosio-1, 5-bisfosfato (RuBP) è l'accettore iniziale di anidride carbonica nella fotosintesi C3, il fosfoenolpiruvato (PEP) è l'accettore iniziale di anidride carbonica sia nella fotosintesi C4 che nella fotosintesi CAM.

Anatomia delle foglie

L'anatomia fogliare è tipica della fotosintesi C3; L'anatomia di Kranz è presente nella fotosintesi C4 mentre l'anatomia fogliare è xeromorfa nella fotosintesi CAM.

Fotorespirazione

Conclusione

La fotosintesi C3 è la principale forma di fotosintesi che produce un composto a tre atomi di carbonio nel ciclo di Calvin. Generalmente, si verifica in tutte le piante fotosintetiche. Tuttavia, la fotorespirazione si verifica nelle piante C3 a tassi più elevati. Al contrario, la fotosintesi C4 è un tipo di fotosintesi che si verifica nelle piante tropicali. Inoltre, produce un composto intermedio a quattro atomi di carbonio, che si divide in un composto a tre atomi di carbonio per il ciclo di Calvin. Riduce al minimo la fotorespirazione poiché esegue la fissazione del carbonio e il ciclo di Calvin in celle separate. D'altra parte, la fotosintesi CAM è un altro tipo di fotosintesi, che si verifica in condizioni semi-aride. Qui, la fissazione dell'anidride carbonica avviene di notte. Inoltre, riduce al minimo la fotorespirazione eseguendo la fissazione dell'anidride carbonica e il ciclo di Calvin in tempi separati. Pertanto, la principale differenza tra la fotosintesi C3, C4 e CAM è la differenza nella fissazione del carbonio, nell'occorrenza e nei metodi per ridurre al minimo la fotorespirazione.

Riferimenti:

1. Cornell, Brent. "C3, C4 e piante CAM". BioNinja, disponibile qui.

Cortesia dell'immagine:

1. "Panoramica sulla fotosintesi semplice" di Daniel Mayer (mav) - Opera propria (CC BY-SA 4.0) tramite Commons Wikimedia 2. "Calvin-cycle4" di Mike Jones - Opera propria (CC BY-SA 3.0) tramite Commons Wikimedia 3 "HatchSlackpathway2" di HatchSlackpathway.svg (CC BY-SA 2.5) tramite Commons Wikimedia 4. "CAM" di L'autore del caricamento originale era Crenim su Wikipedia in inglese. (CC BY-SA 3.0) tramite Commons Wikimedia