Principal diferença - ciclo C3 vs C4

Os ciclos C3 e C4 são dois tipos de reações cíclicas que ocorrem como a reação escura da fotossíntese. A fotossíntese é a produção de moléculas orgânicas simples, glicose de moléculas inorgânicas, dióxido de carbono e água, usando a luz solar como fonte de energia. Durante a fotossíntese, a reação da luz é seguida pela reação do escuro. O ciclo C3 também é chamado Ciclo de Calvin, enquanto o ciclo C4 é chamado Ciclo Hatch-Slack. o principal diferença entre C3 e C4 o ciclo é o primeiro composto estável produzido por essas reações; o primeiro composto estável produzido no ciclo C3 é um composto de três carbonos chamado ácido 3-fosfoglicérico (PGA) enquanto que o primeiro composto estável produzido no ciclo C4 é um composto de quatro carbonos chamado ácido oxaloacético (OAA).

Este artigo explora,

1. O que é o ciclo C3 - Características, Processo, Função 2. O que é ciclo C4 - Características, Processo, Função 3. Qual é a diferença entre o ciclo C3 e C4

O que é o ciclo C3

O ciclo C3 é uma das duas vias de reação que podem ocorrer na reação escura da fotossíntese. Isso ocorre em todas as plantas. Três etapas são observadas no ciclo C3. Durante a primeira etapa, o dióxido de carbono é fixado em ribulose 1, 5-bisfosfato, formando um composto instável de seis carbonos, que é então hidrolisado em três compostos de carbono, 3-fosfoglicerato. A fixação do dióxido de carbono é catalisada pela enzima rubisco, que é encontrada na superfície do estroma da membrana tilacóide no cloroplasto. A fixação de dióxido de carbono é a etapa limitante da taxa do ciclo C3. Devido à imperfeição catalítica da enzima rubisco, a enzima reage com o oxigênio molecular por um processo denominado fotorrespiração. Duas moléculas de 3-fosfoglicerato são formadas pela primeira etapa do ciclo C3 por uma única fixação de dióxido de carbono. Na segunda etapa, uma molécula de 3-fosfoglicerato é reduzida, formando três tipos de hexose fosfatos: frutose 6-fosfato, glicose 6-fosfato e glicose 1-fosfato. O 3-fosfoglicerato restante é reciclado, formando a ribulose 1, 5-bifosfato. O ciclo C3 é mostrado na figura 1.

Figura 1: Ciclo C3

O que é ciclo C4

O ciclo C4 é a outra via de reação que ocorre na reação escura da fotossíntese. As plantas, crescendo em ambientes quentes e secos como cana-de-açúcar, milho e capim-colchão, utilizam a via C4 durante a fotossíntese. Os poros dos estômatos de troca gasosa são mantidos fechados a maior parte do dia nessas plantas, a fim de reduzir a perda excessiva de umidade em condições de calor e calor. Assim, a concentração de dióxido de carbono dentro das folhas das plantas também é reduzida pela progressão do ciclo C3. Quando a concentração de dióxido de carbono é baixa, a fotorrespiração é aumentada, reduzindo a eficiência da fotossíntese. A fim de aumentar a eficiência da fotossíntese durante as condições secas e quentes, essas plantas C4 conduzem o ciclo C4.

Dois tipos de células estão envolvidos no ciclo C4: células mesófilas e células da bainha do feixe. O tecido vascular da folha é circundado por células da bainha do feixe. A estrutura da folha das plantas C4 é descrita pela anatomia de Kranz. O piruvato de fosfoenol reage com o dióxido de carbono nas células do mesófilo, formando oxaloacetato, que é um composto de quatro carbonos. A reação é catalisada pela enzima fosfoenol piruvato carboxilase, que é insensível ao oxigênio. O oxaloacetato é então reduzido a malato, que é transferido para as células da bainha do feixe. Nas células da bainha do feixe, o malato é descarboxilado pela remoção do dióxido de carbono, entrando no ciclo C3. O ciclo C4 é mostrado na figura 2.

Figura 2: Ciclo C4

Diferença entre o ciclo C3 e C4

Primeiro Composto Estável

Ciclo C3: O primeiro composto estável produzido no ciclo C3 é um composto de três carbonos chamado ácido 3-fosfoglicérico.

Ciclo C4: O primeiro composto estável produzido no ciclo C4 é um composto de quatro carbonos chamado ácido oxaloacético.

Primeira Observação

Ciclo C3: O ciclo C3 foi observado pela primeira vez por Melvin Calvin.

Ciclo C4: O ciclo C4 foi observado pela primeira vez por Hatch e Slack.

Nomes Alternativos

Ciclo C3: O ciclo C3 é denominado ciclo de Calvin.

Ciclo C4: O ciclo C4 é denominado ciclo Hatch-Slack.

Presença

Ciclo C3: O ciclo C3 é encontrado em todas as plantas.

Ciclo C4: O ciclo C4 é encontrado apenas em plantas C4, como sorgo e milho.

Aceitador de dióxido de carbono primário

Ciclo C3: O aceptor primário de dióxido de carbono é um composto de cinco carbonos, Ribulose bi-fosfato (RUBP).

Ciclo C4: O aceptor primário de dióxido de carbono é um composto de três carbonos, ácido fosfoenol pirúvico (PEP).

Enzima Carboxilase

Ciclo C3: A enzima carboxilase é Rubisco nas plantas C3.

Ciclo C4: As enzimas carboxilase são PEP carboxylase e Rubisco.

Fixação de carbono

Ciclo C3: Uma única fixação de carbono ocorre no ciclo C3.

Ciclo C4: As fixações de duplo carbono ocorrem no ciclo C4.

Eficiência na fixação de carbono

Ciclo C3: A fixação de carbono é menos eficiente e lenta no ciclo C3.

Ciclo C4: A fixação de carbono é mais eficiente e rápida no ciclo C4.

Requisitos da fixação de carbono

Ciclo C3: A fixação de uma única molécula de carbono requer 3 ATP e 2 NADH.

Ciclo C4: A fixação de um único carbono requer 5 ATP e 3 NADH.

Tipos de cloroplastos

Ciclo C3: Os cloroplastos granulares estão envolvidos no ciclo C3.

Ciclo C4: Os cloroplastos granulares e agranulares estão envolvidos no ciclo C4.

Anatomia de Kranz em Folhas

Ciclo C3: A anatomia de Kranz está ausente nas folhas das plantas C3.

Ciclo C4: A anatomia da Kranz está presente nas folhas das plantas C4.

Células

Ciclo C3: O ciclo C3 é realizado por células mesofílicas.

Ciclo C4: O ciclo C4 é realizado tanto pelas células do mesófilo quanto pelas células da bainha do feixe.

Temperatura ótima

Ciclo C3: A temperatura ótima do ciclo C3 é de 20-25 graus Celsius.

Ciclo C4: A temperatura ótima do ciclo C4 é de 30-45 graus Celsius.

Em concentrações muito baixas de dióxido de carbono

Ciclo C3: O ciclo C3 é incapaz de prosseguir em concentrações muito baixas de dióxido de carbono.

Ciclo C4: O ciclo C4 pode prosseguir em concentrações muito baixas de dióxido de carbono.

Efeito do oxigênio

Ciclo C3: O ciclo C3 é inibido pelo oxigênio.

Ciclo C4: Nenhuma inibição do ciclo C4 é observada com o ciclo C4.

Luz solar

Ciclo C3: O ciclo C3 pode ser saturado com luz solar.

Ciclo C4: O ciclo C4 não se satura com a luz solar.

Fotorrespiração

Ciclo C3: Uma quantidade considerável de fotorrespiração é observada no ciclo C3.

Ciclo C4: Quantidade insignificante de fotorrespiração é observada no ciclo C4.

Conclusão

O ciclo C3 e C4 são os dois tipos de reações escuras que ocorrem durante a fotossíntese. O ciclo C3 ocorre em todas as plantas a 20-25 graus Celsius, enquanto o ciclo C4 ocorre apenas em plantas C4 a 30-45 graus Celsius. Durante o ciclo C3, um único evento de fixação de carbono é observado, enquanto, durante o ciclo C4, dois eventos de fixação de carbono são observados. A fotorrespiração ocorre durante o ciclo C3, mas quantidades desprezíveis de fotorrespiração ocorrem durante o ciclo C4. A eficiência do ciclo C3 é baixa quando comparada à eficiência do ciclo C4. A principal diferença entre os ciclos C3 e C4 é o número de carbonos do primeiro composto estável produzido em cada ciclo.

Referência: 1. Berg, Jeremy M. “The Calvin Cycle Synthesizes Hexoses from Carbon Dioxide and Water.” Bioquímica. 5ª edição. Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA, 01 de janeiro de 1970. Web. 16 de abril de 2017. 2. Lodish, Harvey. “CO2 Metabolism during Photosynthesis.” Molecular Cell Biology. 4ª edição. Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA, 01 de janeiro de 1970. Web. 16

Cortesia da imagem: 1. “Calvin-cycle4” Por Mike Jones - Trabalho do próprio (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia 2. “HatchSlackpathway2” Por HatchSlackpathway.svg: * HatchSlackpathway.png: Derivados da adenosina funcionam: Jamousederivative work: Adenosine (conversa) - HatchSlackpathway.svg (CC BY-SA 2.5) via Commons Wikimedia