Chapter 9: Photosynthesis

Back to chapter

9.7:

C4 Pathway en CAM

JoVE Core
Biologia

É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou comece sua avaliação gratuita.

JoVE Core Biologia

C4 Pathway and CAM

Vídeo Anterior
9.6: The Calvin Cycle

Idiomas

COMPARTILHAR

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

– [Instructeur] Sommige planten zoals maïs hebben alternatieve manieren om koolstof efficiënter te produceren in warme, droge omgevingen. In één, de C4-route, tijdens de eerste koolstoffixatiestap, komt kooldioxide, CO2, de mesofylcellen binnen en via het enzym PEP carboxylase, combineert met de drie koolstofverbinding, PEP, om de vier koolstofverbinding, oxaloacetaat, te vormen, die vervolgens wordt omgezet in een ander organisch zuur. In dit geval, malaat. Malaat wordt getransporteerd naar de bundel sheeth cellen diep in het blad, waar zuurstof wordt beperkt en afgebroken, waardoor CO2 vrijkomt, die vervolgens door de Calvin cyclus kan gaan en vervolgens met RuBisCO kan interageren om uiteindelijk suikers te produceren. Andere planten zoals ananassen gebruiken de Crassulacean zuurstofwisseling of CAM-route om koolstof te fixeren. CAM-planten openen hun huidmondjes alleen ‘s nachts om waterverlies overdag te voorkomen. Net als bij de C4-route wordt CO2 eerst door PEP-carboxylase gefixeerd in oxaloacetaat, dat vervolgens wordt omgezet in malaat. In plaats van malaat over te brengen naar een ander deel van het blad, slaan CAM-planten deze verbinding op in mesofylcelvacuolen, waardoor het overdag vrijkomt, zodat de Calvijncyclus samen met de lichtreacties in de fotosynthese kan doorgaan.

9.7:

C4 Pathway en CAM

Overzicht

Sommige planten, zoals suikerriet en maïs, groeien in warme omstandigheden en gebruik een alternatief proces genaamd de _C4 cyclus koolstof te assimileren. De cyclus begint met CO ₂ uit de atmosfeer die mesofylcellen binnendringt. Het wordt hier gebruikt om oxaalacetaat – een molecuul met vier koolstofatomen – uit fosfoenolpyruvaat (PEP) te genereren. Oxaalacetaat wordt vervolgens omgezet in malaat en getransporteerd naar bundelmantelcellen, waar de zuurstofconcentratie laag is. Daar komt CO ₂ vrij uit malaat, wat vervolgens in de Calvincyclusterecht komt waar het wordt omgezet in suikers. De CAM-route wordt uitgevoerd in planten zoals cactussen die ook overdag water moeten besparen. CAM-planten nemen 's nachts CO ₂ in de bladeren op en produceren malaat dat tot de volgende dag in vacuolen wordt bewaard. Het malaat wordt vervolgens uit vacuolen vrijgegeven en verwerkt in de Calvincyclus. De verschillende processen worden in de C₄-route lokaal gescheiden, terwijl de processen in de CAM route chronologisch gescheiden worden.

De C₄ route

Sommige planten, zoals maïs en suikerriet, hebben alternatieve manieren ontwikkeld om koolstof te assimileren, waardoor waterverlies in hete, droge omgevingen wordt voorkomen. Een van die methoden is de C4-route. In de eerste stap komt CO ₂ de mesofylcellen binnen, wat door het enzym fosfoenolpyruvaat (PEP) carboxylase wordt gebonden aan de 3-koolstofverbinding PEP om de 4-koolstofverbinding oxaalacetaat te vormen. Oxaalacetaat wordt vervolgens omgezet in een organisch zuur dat malaat wordt genoemd.

Vervolgens wordt malaat getransporteerd naar de bundelmantelcellen diep in het blad waar de zuurstofconcentratie laag is. Malaat wordt afgebroken, waarbij een CO ₂ -molecuul vrijkomt dat vervolgens de Calvincyclus binnengaat en wordt omgezet in suiker door het enzym rubisco. De _C4-route is voordelig in hete, droge omstandigheden als de planten hun huidmondjes sluiten voor behoud water. Hierdoor kunnen planten de zuurstofconcentratie laag houden en zo de binding van CO ₂ aan rubisco bevorderen. Als de zuurstofconcentratie hoger is, bindt rubisco aan O ₂, in plaats van CO ₂, waardoor de fotosynthese zou stoppen en energie verbruikt zou worden. De binding van rubisco aan O ₂ wordt fotorespiratie.

De CAM-route

Andere planten, zoals cactussen en ananas, gebruiken de route van crassulacean acid metabolism (CAM) om koolstof te assimileren. CAM-planten openen hun huidmondjes voornamelijk 's nachts om waterverlies tijdens de hete dag te voorkomen. 's Nachts komt CO ₂ de mesofylcellen binnen, waar het reageert met PEP om oxaalacetaat en uiteindelijk malaat te vormen. Malaat wordt vervolgens in vacuolen bewaard zodat het de volgende dag in de Calvincyclus gebruiktkan worden. De eerste stadia van fotosynthese verlopen overdag omdat ze lichtafhankelijk zijn, terwijl de lichtonafhankelijke reacties van de Calvincyclus 's nachts plaatsvinden. Op deze manier scheiden CAM-planten de CO ₂ -assimilatie en suikersynthese door het op verschillende tijdstippen van de dag plaats te laten vinden.

Leitura Sugerida

Edwards, E.J. Evolutionary trajectories, accessibility and other metaphors: the case of C4 and CAM photosynthesis. New Phytologist. 223 (4), 1742-1755 (2019).