C3 ile C4 bitkileri arasındaki fark ne?
C3 ve C4 adları, karbondioksitin fotosentez sırasında ilk bağlandığı kararlı ürünün karbon sayısını anlatır. İki yol da şeker yapımında Calvin döngüsünü kullanır; temel fark, C4 bitkilerinde bu döngüye karbondioksit yoğunlaştırılarak sunulmasıdır.
Süreç ve temel mekanizma
1. C3 yolunun başlangıcı C3 bitkilerinde Rubisco enzimi karbondioksiti RuBP adlı beş karbonlu bir moleküle bağlar. Ortaya çıkan ara ürün, üç karbonlu bileşiklere ayrılır. Buğday, pirinç ve pek çok ağaç bu yolu kullanır. C3 adı, yaprağın yalnızca üç karbonlu maddeler içerdiği anlamına gelmez. Adlandırma ilk kararlı ürünle ilgilidir; devamındaki metabolizma şekerler, nişasta ve başka çok sayıda farklı organik molekül üretir. 2. Rubisco neden sorun yaşayabilir? Rubisco karbondioksit yerine oksijenle de tepkimeye girebilir. Fotorespirasyon denen süreçte bitki enerji harcar ve daha önce bağladığı karbonun bir bölümünü kaybeder. Sıcaklık arttığında ve stomalar kapanıp yapraktaki karbondioksit azaldığında bu durum önem kazanabilir. Fotorespirasyon, mitokondrideki normal solunumla aynı olay değildir. Enzimin iki gaz arasında yaptığı seçimin koşullara bağlı sonucu olarak değerlendirilmelidir; tamamen işlevsiz bir hata diye basitleştirmek de eksik olur. 3. C4 bitkisinde yoğunlaştırma C4 yolunda ilk karbon bağlanması mezofil hücrelerinde PEP karboksilazla gerçekleşir. Dört karbonlu asitler, çoğu C4 türünde damar demeti kını hücrelerine taşınır ve burada karbondioksit bırakır. Rubisco böylece daha yoğun karbondioksit çevresinde çalışır. Mısır, sorgum ve şeker kamışı iyi bilinen örneklerdir. Bu düzen sıklıkla Kranz anatomisiyle ilişkilidir; ancak bütün C4 çeşitliliğini tek bir yaprak kesiti örneği temsil etmez.
Çevresel koşullar ve biyolojik sınırlar
4. Sıcak ve aydınlık ortamın etkisi Karbondioksit yoğunlaştırma, sıcak ve yüksek ışıklı ortamlarda fotorespirasyon kaybını azaltabilir. C4 bitkisi aynı karbon kazanımı için daha sınırlı stoma açıklığı kullanabildiğinde su kullanım etkinliği artabilir. Ancak etkinlik, toplamda hiç su harcamamak anlamına gelmez. Büyük yaprak alanına sahip hızlı büyüyen bir C4 tarlasının toplam su tüketimi yine yüksek olabilir. Yaprak düzeyindeki oranla bütün ekosistemin su bilançosu farklı ölçülerdir. 5. C3 yolu neden ortadan kalkmadı? C4 yoğunlaştırma sistemi ek ATP gerektirir. Serin veya ışığın zayıf olduğu koşullarda bu enerji maliyetinin sağladığı kazanç azalabilir; C3 bitkileri avantajlı olabilir. Karbondioksit düzeyi ve besin erişimi de karşılaştırmayı etkiler. Dolayısıyla C4, C3 yolunun her durumda daha gelişmiş yerine geçen biçimi değildir. Farklı çevrelerde işe yarayan bir uyumdur. Türlerin verimini yalnızca bu sınıflandırmayla sıralamak yanlış sonuç verir. 6. CAM ile karıştırılmamalı C4 bitkileri ilk bağlanmayı ve Calvin döngüsünü çoğunlukla farklı hücrelerde ayırır. CAM bitkileri ise karbondioksiti gece alıp gündüz kullanarak zamanda ayırır. Her ikisinde dört karbonlu ara ürünler bulunması iki yolu aynı yapmaz. Bir bitkinin kuraklığa dayanımı da yalnızca C3 veya C4 olmasına bağlı değildir. Kök derinliği, yaprak yüzeyi, gelişme süresi ve doku dayanıklılığı birlikte değerlendirilmelidir.