C3、C4、CAM経路の違い

2020

太陽光からの二酸化炭素の同化は、光合成のプロセスのために、それをグルコース（エネルギー）に変換して異なる製品を 合成するプロセスのために、3つの間の重要な違いです。そのため、CO2固定中に、光合成植物が最初の生成物として3-ホスホグリセリン酸（PGA）または3-炭素酸を生成するときは、 C3経路と呼ばれます。

しかし、光合成植物がC3経路に進む前に、最初の安定生成物としてオキサロ酢酸（OAA）または4炭素化合物を生成する場合、 C4またはHatch and Slack経路と呼ばれます。しかし、植物が日中に日光のエネルギーを吸収し、このエネルギーを同化または夜間の二酸化炭素の固定に使用する場合は、ベンケイソウ酸代謝またはCAMと呼ばれます。

これらの手順の後に、生息地とは無関係に、エネルギー生産のための植物、特定の種の細菌および藻類が続きます。空気と水から栄養を得るための主要なソースとして二酸化炭素と水を使用するエネルギーの合成は、光合成と呼ばれます。これは、自分で食物を生産する生物にとっての主要なプロセスです

このコンテンツでは、植物と少数の微生物が続く3種類の経路の本質的な違いと、それらについての簡単な説明を検討します。

比較表

比較の根拠	C3経路	C4経路	カム
定義	太陽光からの炭素同化後の最初の産物が3-炭素分子または3-ホスホグリセリン酸であるような植物エネルギーの生産はC3植物と呼ばれ、経路はC3経路と呼ばれます。最も一般的に植物で使用されます。	熱帯地域の植物は、太陽光エネルギーをC4炭素分子またはオキサロ酢酸に変換します。これはC3サイクルの前に起こりますそしてさらにエネルギーに変換され、C4植物と呼ばれ、経路はC4経路と呼ばれます。これは、C3経路よりも効率的です。	太陽からのエネルギーを蓄え、夜間にエネルギーに変換する植物は、CAMまたはベンケイソウ酸に従います。代謝。
関与する細胞	葉肉細胞。	葉肉細胞、束鞘細胞。	同じ葉肉細胞のC3とC4の両方。
例	ひまわり、ほうれん草、豆、米、綿。	サトウキビ、ソルガム、トウモロコシ。	サボテン、蘭。
で見ることができます	すべての光合成植物。	熱帯植物で	半乾燥状態。
このサイクルを使用する植物の種類	中生植物、水生植物、乾生植物。	中生植物。	乾生。
光呼吸	高率で存在します。	簡単には検出できません。	午後に検出可能。
グルコースの生産のため	12個のNADPHと18個のATPが必要です。	12個のNADPHと30個のATPが必要です。	12個のNADPHと39個のATPが必要です。
最初の安定製品	3-ホスホグリセリン酸（3-PGA）。	オキサロ酢酸（OAA）。	オキサロ酢酸（OAA）は夜間、3 PGAは昼間。
カルバンサイクル手術	一人で。	ハッチとスラックのサイクルとともに。	C3とハッチとスラックのサイクル。
光合成の最適温度	15-25°C	30-40°C	> 40°C
カルボキシル化酵素	RuBPカルボキシラーゼ。	葉肉中：PEPカルボキシラーゼ。バンドルシース：RuBPカルボキシラーゼ。	暗闇の中で：PEPカルボキシラーゼ。光：RUBPカルボキシラーゼ。
CO2：ATP：NADPH2比	1：3：2	1：5：2	1：6.5：2
初期CO2アクセプター	リブロース-1, 5-重リン酸塩（RuBP）。	ホスホエノールピルビン酸（PEP）。	ホスホエノールピルビン酸（PEP）。
クランツ解剖学	欠席。	プレゼント。	欠席。
CO2補正ポイント（ppm）	30〜70。	6-10。	暗闇の中で0-5。

C3経路またはカルビンサイクルの定義。

C3植物は、 寒冷期または温帯植物として知られています。土壌温度は40〜45°Fに適しており、65〜75°Fの最適温度で最もよく成長します。これらのタイプの植物は高温で効率が低いことを示します。

C3植物の主な産物は、 3-炭素酸または3-ホスホグリセリン酸（PGA）です。これは、二酸化炭素固定中の最初の製品と見なされます。 C3経路は、カルボキシル化、還元、再生という3つのステップで完了します。

C3植物は葉緑体で直接CO2に還元されます。 リブロース二リン酸カルボキシラーゼ（RuBPcase）の助けを借りて、 3-炭素酸または3-ホスホグリセリン酸の2つの分子が生成されます。この3-ホスホグリセリンは、経路の名前をC3として正当化します。

別のステップでは、NADPHとATPがリン酸化して3-PGAとグルコースを生成します。そして、RuBPを再生成することにより、サイクルが再び開始されます。

C3経路は、葉緑体で行われるシングルステッププロセスです。このオルガネラは、太陽光エネルギーの貯蔵庫として機能します。地球上に存在する全植物のうち、 85％がエネルギーの生産にこの経路を使用しています。

C3植物は多年生または一年生です。それらは、C4植物よりも高タンパク性です。一年生のC3植物の例は小麦、オート麦、ライ麦であり、 多年生植物にはフェスク、ライグラス、オーチャードグラスが含まれます。 C3植物は、C4植物よりも多量のタンパク質を提供します。

C4経路またはHatch and Slack経路の定義。

特に熱帯地域の植物は、この経路に従います。 CalvinまたはC3サイクルの前に 、一部の植物はC4またはHatch and Slack経路に従います。 4炭素化合物であるオキサロ酢酸（OAA）が生成される2段階のプロセスです。それは葉緑体に存在する葉肉および束鞘細胞で発生します。

4炭素化合物が生成されると、バンドルシースセルに送られます。ここで、4炭素分子はさらに二酸化炭素と3カボン化合物に分割されます。最終的に、C3経路はエネルギーを生成し始め、3炭素化合物が前駆体として機能します。

C4植物は、 暖かい季節または熱帯植物としても知られています。これらは多年生でも一年生でもかまいません。これらの植物の生育に最適な温度は90-95°Fです。 C4プラントは、窒素を利用し、土壌と大気から二酸化炭素を収集するのにはるかに効率的です。タンパク質含有量は、C3植物と比較して低くなっています。

これらの植物は、4炭素酸であるオキサロ酢酸と呼ばれる製品から名前を得ました。多年生のC4植物の例は、インディアングラス、バミューダグラス、スイッチグラス、ビッグブルーステムであり、一年生のC4植物の例は、スーダングラス、コーン、トウジンビエです。