9.7 : Пути C4 и CAM

Обзор

Некоторые растения, такие как сахарный тростник и кукуруза, которые растут в жарких условиях, используют альтернативный процесс, называемый C ₄ путем связывания углерода. Цикл начинается с CO ₂ из атмосферы, попадающего в клетки мезофилла, где он используется для образования оксалоацетата - четырехуглеродной молекулы - из фосфоенолпирувата (PEP). Затем оксалоацетат превращается в малат и транспортируется в клетки оболочки пучка, где концентрация кислорода низкая. Здесь CO ₂ высвобождается из малата и вступает в цикл Кэльвина, где он превращается в сахара. Путь CAM осуществляется у растений, таких как кактусы, которые также нуждаются в экономии воды в течение дня. CAM-растения пропускают CO ₂ в листья ночью и производят малат, который хранится в вакуолях до следующего дня. Затем малат высвобождается из вакуолей и обрабатывается в цикле Кальвина. Путь C ₄ разделяет различные процессы локально, а путь CAM разделяет их в хронологическом порядке.

Путь C₄

Некоторые растения, такие как кукуруза и сахарный тростник, разработали альтернативные способы фиксации углерода, которые помогают избежать потери воды в жарких, сухих условиях. Одним из таких методов является путь C4. На первом этапе, CO_{2 входит} в мезофилл клетки, и фермент фосфоэнлпируват (PEP) карбоксилазы добавляет его в 3-углеродного соединения PEP для формирования 4-углеродного соединения оксалоацетата. Оксалоацетат затем преобразуется в органическую кислоту, называемую малатом.

Впоследствии малат транспортируется в пучок оболочки клеток глубоко в листе, где концентрация кислорода низкая. Малат разбит, высвобождая молекулу CO_2, которая затем попадает в цикл Кэльвина, где фермент рубиско преобразует его в сахар. Путь C_{4 предлагает} преимущество в жарких, засушливых условиях, так как растения закрывают свою стомату для сохранения воды. В результате, они могут держать концентрацию кислорода низкой и, следовательно,_{связаться скорее с} СО 2 рубиско, а не O₂. Когда концентрация кислорода выше, рубиско связывает O_{2 вместо} CO₂– процесс, называемый фотореспирацией, который бы остановил фотосинтез и потреблял энергию.

Путь CAM

Другие растения, такие, как кактусы и ананас, используют грубый метаболизм кислоты (CAM) путь для фиксации углерода. CAM растения в первую очередь открывают их стомату ночью, чтобы предотвратить потерю воды в жаркий день. Ночью CO_{2 попадает} в мезофилл клетки, где он сочетается с PEP для формирования оксалоацетата и в конечном итоге малат. Малат затем хранится в вакуолях до следующего дня, когда он высвобождается из вакуолей и входит в цикл Кэльвина. Первые этапы фотосинтеза продолжаются в течение дня, поскольку они зависят от света, в то время как светозависимые реакции цикла Кэльвина происходят в ночное время. Таким образом, CAM растения разделяют процессы CO_{2 фиксации} и синтеза сахара, производя их в разное время дня.