Le vie fotosintetiche C3 e C4 sono due modi che piante diverse difficoltà carbonio. Entrambi hanno molto in comune, ma le differenze sono più importanti le somiglianze. In particolare, piante C4 sono più indicati per la crescita a temperature elevate e in condizioni asciutte, dove il meccanismo che impiegano migliora la loro efficienza.
C3
Nelle piante C3, CO2 è stato risolto con l'aiuto dell'enzima più abbondante della terra, rubisco, che fissa una molecola di CO2 al ribulosio 1,5-bifosfato. Il neonata zucchero sei-carbonio è un intermedio instabile e rapidamente si romperà in due molecole di 3-fosfoglicerato. Questi passaggi, né i passaggi rimanenti nel ciclo di fosfato del pentosio riduttiva differiscono da quelle che si verificano nelle piante C4; le piante C4, tuttavia, hanno un altro ciclo di piggyback su questo uno primo.
C4
Nelle piante C4, fissazione del carbonio inizia con CO2 disciolto sotto forma di ioni di bicarbonato, HCO3-. Bicarbonato è combinato con fosfoenolpiruvato o PEP da un enzima chiamato carbossilasi PEP. Il prodotto di questa reazione è una molecola chiamata ossaloacetato. A seconda della specie, ossaloacetato può essere convertito sia un amminoacido chiamato aspartato o malate. Convertendolo in malato richiede la riduzione di potenza sotto forma di fosfato di nicotinamide adenindinucleotide (NADPH); convertendolo in aspartato richiede un altro aminoacido. In entrambi i casi, le emissioni di CO2 in questo momento è stato memorizzato in una forma che può essere esportata per il passaggio successivo.
Prossimi passi
Malate o aspartato viene esportato dalle cellule dove è stato prodotto tramite canali chiamati i plasmodesmi. Passa in un altro insieme di cellule chiamate cellule endoderma. Se l'impianto utilizza malato, un enzima chiamato enzima malico converte il malato in piruvato e CO2, riduzione di una molecola di NADP + nel processo. Se l'impianto utilizza invece l'aspartato, l'aspartato prima verrà convertito in ossalacetato quindi al malato, quindi l'enzima malico o carbossilasi PEP si occuperà del resto. In entrambi i casi, i prodotti finali qui sono CO2 e piruvato. La CO2 può essere quindi fissato da rubisco, proprio come la pianta C3, e i restanti passaggi sono gli stessi.
Differenze critiche
Perché le piante C4 hanno un'altra serie di passaggi piggyback sulla pathway trovato in piante C3? La risposta sta nella natura dell'enzima rubisco. RubisCO può associare non solo CO2 ma anche ossigeno, e quando lo fa, incorpora l'ossigeno nella ribulosio 1,5-bifosfato di fare 3-fosfoglicerato e una molecola inutile di 2-fosfoglicerato. Recuperando l'energia di quest'ultimo prende e questo processo dispendioso di Fotorespirazione altera l'efficienza dell'impianto. Formulando la CO2 da uno strato esterno delle cellule per le cellule dell'endoderma, C4 piante aiutano a massimizzare la CO2 concentrazione nel giusto posto e prevenire la fotorespirazione. La carbossilasi PEP che le cifre in modo ben visibile nella via del C4 ha una molto bassa affinità per l'ossigeno e pertanto utilizza solo il bicarbonato come substrato.
Efficienza
È importante tenere a mente che le piante C4 non sono necessariamente più efficiente. Rigenerando il PEP utilizzato nella via del C4 richiede dispendio di energia chimica sotto forma di ATP. Di conseguenza, mentre le piante C4 hanno un'efficienza guadagno perché avvertono meno Fotorespirazione, hanno una perdita di efficienza rispetto alle piante C3. Quando la temperatura sale, tuttavia, Fotorespirazione diventa un problema crescente per piante C3, e alla fine le perdite per Fotorespirazione sono così grandi che la pianta C4 supera l'efficienza del suo rivale di C3. Questo punto avviene generalmente tra 28 e 30 gradi Celsius. In climi più caldi e le estati soleggiate, piante C4 hanno il bordo.