NS 主な違い C3C4とCAM光合成の間は C3光合成はカルビン回路を介して3炭素化合物を生成し、C4光合成は中間の4炭素化合物を生成し、これはカルビン回路で3炭素化合物に分割されますが、CAM光合成は日中に太陽光を集めて二酸化炭素を固定します。夜。 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、メヒシバ、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、カルビン回路のモードが異なる3種類の光合成経路です。それらは、光呼吸と戦うための異なる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植物は別々のセルで二酸化炭素固定とカルビン回路を実行することによって光呼吸を最小限に抑えます。一方、CAMプラントは、二酸化炭素固定とカルビン回路を別々の時間に実行することにより、光呼吸を最小限に抑えます。

CAM光合成、カルビン回路、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の植物の細胞プロセスです。そ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、光反応と暗反応の2つのステップを経て進行します。通常、光反応では、クロロフィルは太陽光からエネルギーを吸収し、ATPと補酵素NADPH2の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る炭水化物の合成に使用されます。また、植物では環境条件に応じて3種類の暗反応が起こります。それらはC3、C4、およびCAM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発生する主なタイプの光合成です。一般的に、それは軽い反応に続いて、カルビン回路の標準的なメカニズムを経ます。したがって、カルビン回路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-ビスホスフェートに固定され、不安定な6炭素化合物を形成し、次に加水分解されて3炭素化合物である3-ホスホグリセリン酸になります。ここで、C3光合成の最初の安定した生成物は3炭素化合物であるため、その名前が付けられています。

図2：C3光合成–通常のカルビン回路

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の触媒作用の欠陥により、光呼吸と呼ばれるプロセスで分子状酸素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-ホスホグリセリン酸が生成されます。 2番目のステップでは、3-ホスホグリセリン酸の1つの分子が還元されて、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-ホスホグリセリン酸はリサイクルされ、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、主に熱帯植物で発生する別の形態の光合成です。通常、これらの植物では、乾燥した高温状態での水分の過度の損失を減らすために、ガス交換気孔の細孔は1日中ほとんど閉じたままです。したがって、植物の葉の中の二酸化炭素濃度は、C3サイクルの進行に十分ではなく、それが光呼吸を促進し、光合成の効率を低下させます。したがって、乾燥状態と高温状態での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–暗い反応

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維管束細胞です。束鞘細胞は維管束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て、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、酸素の影響を受けません。したがって、ルビスコによる二酸化炭素固定に関して、光呼吸は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、それが維管束鞘細胞に移されます。維管束鞘細胞では、リンゴ酸は二酸化炭素を除去することによって脱炭酸を受け、C3回路に入ります。

CAM光合成とは

CAM光合成は、半乾燥条件下で植物に発生する光合成の3番目の形態です。通常、水は光合成に必要な2つの要素の1つであり、2番目は二酸化炭素です。しかし、これらの植物の水分損失は高いです。そのため、植物内の水分を多く蓄え、厚くなります。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。一般的に、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-暗い反応

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、彼らは夜に開き、夜に二酸化炭素を取ります。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、リンゴ酸は通常のカルビン回路を受けるために葉肉細胞に移動します。

C3C4とCAM光合成の類似点

C3C4とCAM光合成の違い

意味

C3光合成とは、カルビン回路を介して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光合成とは、カルビン回路で3炭素化合物に分割される中間の4炭素化合物を生成するタイプの光合成を指します。 。対照的に、CAM光合成は、日中に太陽光を集め、夜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光合成を受けます。 C4光合成は、クラブグラス、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維管束鞘細胞で発生し、CAM光合成は葉肉で発生します。

最初の安定した製品

3-ホスホグリセリン酸（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植物は日中に3-ホスホグリセリン酸（3-PGA）を生成し、オキサロ酢酸（OAA ） 夜に。

ダークリアクションの要件

最適温度

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、CAM光合成の最適温度は> 40°Cです。

日中の気孔開口部

気孔はC3とC4の両方の光合成において日中は開いたままであり、気孔は夜の間は閉じたままです。

カルボキシル化酵素

RuBPカルボキシラーゼはC3光合成のカルボキシル化酵素、PEPカルボキシラーゼは葉肉の酵素、RuBPカルボキシラーゼはC4光合成の束鞘細胞の酵素、PEPカルボキシラーゼは暗所で活性な酵素、RuBPカルボキシラーゼはCAM光合成の昼間。

初期の二酸化炭素受容体

リブロース-1,5-ビスリン酸（RuBP）は、C3光合成の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光合成の両方の最初の二酸化炭素受容体です。

葉の解剖学

葉の解剖学はC3光合成で典型的です。クランツの解剖学的構造はC4光合成に存在し、葉の解剖学的構造はCAM光合成では異種形態です。

光呼吸

結論

C3光合成は、カルビン回路で3炭素化合物を生成する光合成の主な形態です。一般的に、それはすべての光合成植物で発生します。ただし、光呼吸はC3植物でより高い割合で発生します。対照的に、C4光合成は熱帯植物で発生する光合成の一種です。また、中間の4炭素化合物を生成し、カルビン回路で3炭素化合物に分割されます。別々のセルで炭素固定とカルビン回路を実行するため、光呼吸を最小限に抑えます。一方、CAM光合成は、半乾燥状態で発生する別のタイプの光合成です。ここでは、二酸化炭素の固定が夜間に発生します。さらに、二酸化炭素固定とカルビン回路を別々の時間で実行することにより、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。

参照：

1.コーネル、ブレント。 「C3、C4およびCAMプラント。」 BioNinja、こちらから入手できます。

画像提供：

1.ダニエルメイヤー（mav）による「簡単な光合成の概要」–コモンズウィキメディアによる自作（CC BY-SA 4.0）2。マイクジョーンズによる「Calvin-cycle4」–コモンズウィキメディア3による自作（CC BY-SA 3.0） 。「HatchSlackpathway2」ByHatchSlackpathway.svg（CC BY-SA 2.5）、Commons Wikimedia4経由。「CAM」By元のアップローダーは英語ウィキペディアのCrenimでした。 （CC BY-SA 3.0）コモンズウィキメディア経由