Différence principale - Cycle C3 vs C4

Les cycles C3 et C4 sont deux types de réactions cycliques qui se produisent comme la réaction sombre de la photosynthèse. La photosynthèse est la production de molécules organiques simples, de glucose à partir de molécules inorganiques, de dioxyde de carbone et d'eau, en utilisant la lumière du soleil comme source d'énergie. Lors de la photosynthèse, la réaction à la lumière est suivie de la réaction à l'obscurité. Le cycle C3 est aussi appelé cycle de Calvin, alors que le cycle C4 est appelé Cycle éclosion-relâchement. Les différence principale entre le cycle C3 et C4 se trouve le premier composé stable produit par ces réactions; le premier composé stable produit dans le cycle C3 est un composé à trois carbones appelé acide 3-phosphoglycérique (PGA) tandis que le premier composé stable produit dans le cycle C4 est un composé à quatre carbones appelé acide oxaloacétique (OAA).

Cet article explore,

1. Qu'est-ce que le cycle C3 – Caractéristiques, processus, fonction 2. Qu'est-ce que le cycle C4 – Caractéristiques, processus, fonction 3. Quelle est la différence entre les cycles C3 et C4

Qu'est-ce que le cycle C3

Le cycle C3 est l'une des deux voies de réaction qui peuvent se produire dans la réaction sombre de la photosynthèse. Il se produit dans toutes les plantes. Trois étapes sont observées dans le cycle C3. Au cours de la première étape, le dioxyde de carbone est fixé dans le ribulose 1, 5-bisphosphate, formant un composé à six carbones instable, qui est ensuite hydrolysé en un composé à trois carbones, le 3-phosphoglycérate. La fixation du dioxyde de carbone est catalysée par l'enzyme rubisco, qui se trouve dans la surface stromale de la membrane thylakoïde dans le chloroplaste. La fixation du dioxyde de carbone est l'étape limitante du cycle C3. En raison de l'imperfection catalytique de l'enzyme rubisco, l'enzyme réagit avec l'oxygène moléculaire par un processus appelé photorespiration. Deux molécules de 3-phosphoglycérate sont formées par la première étape du cycle C3 par une seule fixation de dioxyde de carbone. Au cours de la deuxième étape, une molécule de 3-phosphoglycérate est réduite, formant trois types d'hexose phosphates: le fructose 6-phosphate, le glucose 6-phosphate et le glucose 1-phosphate. Le 3-phosphoglycérate restant est recyclé, formant du ribulose 1, 5-bisphosphate. Le cycle C3 est illustré à la figure 1.

Figure 1: Cycle C3

Qu'est-ce que le cycle C4

Le cycle C4 est l'autre voie de réaction se produisant dans la réaction sombre de la photosynthèse. Les plantes, poussant dans des environnements chauds et secs comme la canne à sucre, le maïs et la digitaire sanguine, utilisent la voie C4 pendant la photosynthèse. Les pores des stomates d'échange de gaz sont maintenus fermés presque toute la journée dans ces plantes afin de réduire la perte excessive d'humidité dans des conditions sèches et chaudes. Ainsi, la concentration de dioxyde de carbone à l'intérieur des feuilles des plantes est également réduite par la progression du cycle C3. Lorsque la concentration en dioxyde de carbone est faible, la photorespiration est améliorée, réduisant l'efficacité de la photosynthèse. Afin d'augmenter l'efficacité de la photosynthèse par temps sec et chaud, ces plantes C4 effectuent le cycle C4.

Deux types de cellules sont impliquées dans le cycle C4: les cellules du mésophylle et les cellules de la gaine du faisceau. Le tissu vasculaire de la feuille est entouré de cellules de la gaine du faisceau. La structure de la feuille des plantes C4 est décrite par l'anatomie de Kranz. Le pyruvate de phosphoénol réagit avec le dioxyde de carbone dans les cellules du mésophylle, formant de l'oxaloacétate, qui est un composé à quatre carbones. La réaction est catalysée par l'enzyme phosphoénol pyruvate carboxylase, qui est insensible à l'oxygène. L'oxaloacétate est ensuite réduit en malate, qui est transféré dans les cellules de la gaine du faisceau. Dans les cellules de la gaine du faisceau, le malate est décarboxylé en éliminant le dioxyde de carbone, entrant dans le cycle C3. Le cycle C4 est illustré à la figure 2.

Figure 2: Cycle C4

Différence entre les cycles C3 et C4

Premier composé stable

Cycle C3: Le premier composé stable produit dans le cycle C3 est un composé à trois carbones appelé acide 3-phosphoglycérique.

Cycle C4: Le premier composé stable produit dans le cycle C4 est un composé à quatre carbones appelé acide oxaloacétique.

Première observation

Cycle C3: Le cycle C3 a été observé pour la première fois par Melvin Calvin.

Cycle C4: Le cycle C4 a été observé pour la première fois par Hatch et Slack.

Noms alternatifs

Cycle C3: Le cycle C3 est appelé cycle de Calvin.

Cycle C4: Le cycle C4 est appelé cycle Hatch-Slack.

Présence

Cycle C3: Le cycle C3 est présent dans toutes les plantes.

Cycle C4: Le cycle C4 ne se trouve que dans les plantes C4 comme le sorgho et le maïs.

Accepteur primaire de dioxyde de carbone

Cycle C3: Le principal accepteur de dioxyde de carbone est un composé à cinq carbones, le ribulose biphosphate (RUBP).

Cycle C4: Le principal accepteur de dioxyde de carbone est un composé à trois carbones, l'acide phosphoénol pyruvique (PEP).

Enzyme carboxylase

Cycle C3: L'enzyme carboxylase est Rubisco dans les plantes C3.

Cycle C4: Les enzymes carboxylases sont la PEP carboxylase et la Rubisco.

Fixation du carbone

Cycle C3: Une seule fixation du carbone se produit dans le cycle C3.

Cycle C4: Les doubles fixations de carbone se produisent dans le cycle C4.

Efficacité dans la fixation du carbone

Cycle C3: La fixation du carbone est moins efficace et lente en cycle C3.

Cycle C4: La fixation du carbone est plus efficace et rapide en cycle C4.

Exigences de la Fixation Carbone

Cycle C3: La fixation d'une seule molécule de carbone nécessite 3 ATP et 2 NADH.

Cycle C4: La fixation d'une seule fixation de carbone nécessite 5 ATP et 3 NADH.

Types de chloroplastes

Cycle C3: Les chloroplastes granulaires sont impliqués dans le cycle C3.

Cycle C4: Les chloroplastes granuleux et agranulaires sont impliqués dans le cycle C4.

Anatomie de Kranz dans les feuilles

Cycle C3: L'anatomie de Kranz est absente des feuilles des plantes C3.

Cycle C4: L'anatomie de Kranz est présente dans les feuilles des plantes C4.

Cellules

Cycle C3: Le cycle C3 est réalisé par les cellules du mésophylle.

Cycle C4: Le cycle C4 est effectué à la fois par les cellules du mésophylle et les cellules de la gaine du faisceau.

Température optimale

Cycle C3: La température optimale du cycle C3 est de 20-25 degrés Celsius.

Cycle C4: La température optimale du cycle C4 est de 30 à 45 degrés Celsius.

À de très faibles concentrations de dioxyde de carbone

Cycle C3: Le cycle C3 est incapable de se dérouler à de très faibles concentrations de dioxyde de carbone.

Cycle C4: Le cycle C4 peut se dérouler à de très faibles concentrations de dioxyde de carbone.

Effet de l'oxygène

Cycle C3: Le cycle C3 est inhibé par l'oxygène.

Cycle C4: Aucune inhibition du cycle c4 n'est observée avec le cycle C4.

Lumière du soleil

Cycle C3: Le cycle C3 peut être saturé de soleil.

Cycle C4: Le cycle C4 ne sature pas avec la lumière du soleil.

Photorespiration

Cycle C3: Une quantité considérable de photorespiration est observée dans le cycle C3.

Cycle C4: Une quantité négligeable de photorespiration est observée dans le cycle C4.

Conclusion

Les cycles C3 et C4 sont les deux types de réactions sombres qui se produisent pendant la photosynthèse. Le cycle C3 se produit dans toutes les plantes à 20-25 degrés Celsius, tandis que le cycle C4 se produit uniquement dans les plantes C4 à 30-45 degrés Celsius. Au cours du cycle C3, un seul événement de fixation du carbone est observé alors que, au cours du cycle C4, deux événements de fixation du carbone sont observés. La photorespiration se produit pendant le cycle C3, mais des quantités négligeables de photorespiration se produisent pendant le cycle C4. L'efficacité du cycle C3 est faible par rapport à l'efficacité du cycle C4. La principale différence entre les cycles C3 et C4 est le nombre de carbones dans le premier composé stable produit à chaque cycle.

Référence: 1. Berg, Jeremy M. "Le cycle de Calvin synthétise des hexoses à partir de dioxyde de carbone et d'eau." Biochimie. 5e édition. Bibliothèque nationale de médecine des États-Unis, 1er janvier 1970. Web. 16 avril 2017. 2. Lodish, Harvey. "Métabolisme du CO2 pendant la photosynthèse." Biologie cellulaire moléculaire. 4e édition. Bibliothèque nationale de médecine des États-Unis, 1er janvier 1970. Web. 16

Courtoisie d'image: 1. « Calvin-cycle4 » de Mike Jones - Travail personnel (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia 2. « HatchSlackpathway2 » de HatchSlackpathway.svg: *HatchSlackpathway.png: Travail sur les dérivés de l'adénosine: Travail dérivé de l'adénosine: Adénosine (parler) - HatchSlackpathway.svg (CC BY-SA 2.5) via Commons Wikimedia