Différence principale - plantes C3 vs C4

Les plantes C3 et C4 sont deux types de plantes utilisant respectivement les cycles C3 et C4 lors de la réaction sombre de la photosynthèse. Environ 95% des plantes sur terre sont des plantes C3. La canne à sucre, le sorgho, le maïs et les graminées sont des plantes C4. Les feuilles des plantes C4 présentent l'anatomie de Kranz. Les plantes C4 sont capables de photosynthèse même à de faibles concentrations de dioxyde de carbone ainsi que dans des conditions chaudes et sèches. Par conséquent, l'efficacité de la photosynthèse dans les plantes C4 est supérieure à son efficacité dans les plantes C3. Les différence principale entre les plantes C3 et C4 est que une fixation unique du dioxyde de carbone est observée dans les plantes C3 et une double fixation du dioxyde de carbone est observée dans les plantes C4.

Cet article explore,

1. Que sont les plantes C3 - Définition, caractéristiques, caractéristiques, exemples 2. Que sont les plantes C4 - Définition, caractéristiques, caractéristiques, exemples 3. Quelle est la différence entre les plantes C3 et C4

Que sont les plantes C3

Les plantes C3 utilisent le cycle de Calvin comme mécanisme de réaction sombre dans la photosynthèse. Le premier composé stable produit dans le cycle de Calvin est le 3-phosphoglycérate. Le 3-phosphoglycérate étant un composé à trois carbones, le cycle de Calvin est appelé cycle C3. Les plantes C3 fixent directement le dioxyde de carbone par l'enzyme, la ribulose bisphosphate carboxylase (rubisco). Cette fixation se produit dans les chloroplastes des cellules du mésophylle. Le cycle C3 se déroule en trois étapes. Au cours de la première étape, le dioxyde de carbone est fixé dans le sucre à cinq carbones, le ribulose 1, 5-bisphosphate, qui est alternativement hydrolysé en 3-phosphoglycérate. Une partie du 3-phosphoglycérate est réduite en phosphates d'hexose comme le glucose 6-phosphate, le glucose 1-phosphate et le fructose 6-phosphate au cours de la deuxième étape. Le 3-phosphoglycérate restant est recyclé, formant du ribulose 1, 5-phosphate.

La plage de température optimale des plantes C3 est de 65 à 75 degrés Fahrenheit. Lorsque la température du sol atteint 40-45 degrés Fahrenheit, les plantes C3 commencent à pousser. Par conséquent, les plantes C3 sont appelées plantes de saison fraîche. L'efficacité de la photosynthèse devient faible avec l'augmentation de la température. Au printemps et à l'automne, les plantes C3 deviennent productives en raison de l'humidité élevée du sol, de la photopériode plus courte et de la température fraîche. Pendant l'été, les plantes C3 sont moins productives en raison de la température élevée et de la moindre humidité du sol. Les plantes C3 peuvent être des plantes annuelles comme le blé, l'avoine et le seigle ou des plantes vivaces comme les fétuques et les vergers. Une coupe transversale de la feuille d' Arabidopsis thaliana, qui est une plante C3 est montrée dans la figure 1. Les cellules de la gaine du faisceau sont représentées en rose.

Figure 1: Feuille d'Arabidopsis thaliana

Que sont les plantes C4

Les plantes C4 utilisent le cycle Hatch-Stack comme mécanisme de réaction dans la réaction sombre de la photosynthèse. Le premier composé stable produit dans le cycle Hatch-Stack est l'oxaloacétate. L'oxaloacétate étant un composé à quatre carbones, le cycle Hatch-Stack est appelé cycle C4. Les plantes C4 fixent deux fois le dioxyde de carbone, dans les cellules du mésophylle puis dans les cellules de la gaine des faisceaux, par les enzymes, respectivement la phosphoénol pyruvate carboxylase et la ribulose bisphosphate carboxylase (rubisco). Le pyruvate de phosphoénol dans les cellules du mésophylle est condensé avec du dioxyde de carbone, formant l'oxaloacétate. Cet oxaloacétate devient du malate afin de se transférer dans les cellules de la gaine du faisceau. À l'intérieur des cellules de la gaine du faisceau, le malate est décarboxylé, rendant le dioxyde de carbone disponible pour le cycle de Calvin dans ces cellules. Ensuite, le dioxyde de carbone est fixé pour la deuxième fois à l'intérieur des cellules de la gaine du faisceau.

La température optimale des plantes C4 est de 90 à 95 degrés Fahrenheit. Les plantes C4 commencent à pousser à 60-65 degrés Fahrenheit. Par conséquent, les plantes C4 sont appelées plantes tropicales ou de saison chaude. Les plantes C4 sont plus efficaces pour récupérer le dioxyde de carbone et l'eau du sol. Les pores des stomates d'échange de gaz sont maintenus fermés pendant la plupart des heures de la journée afin de réduire la perte excessive d'humidité dans des conditions sèches et chaudes. Les plantes annuelles en C4 sont le maïs, le millet perlé et l'herbe du sud. Les plantes vivaces en C4 sont le bermudagrass, l'herbe indienne et le panic raide. Les feuilles des plantes C4 présentent l'anatomie de Kranz. Les cellules de la gaine du faisceau de photosynthèse recouvrent les tissus vasculaires de la feuille. Ces cellules de la gaine du faisceau sont entourées de cellules du mésophylle. Une coupe transversale d'une feuille de maïs, présentant l'anatomie de Kranz est montrée sur la figure 2.

Figure 2: Feuille de maïs

Différence entre les plantes C3 et C4

Noms alternatifs

Plantes C3: Les plantes C3 sont appelées plantes de saison fraîche.

Plantes C4: Les plantes C4 sont appelées plantes de saison chaude.

Anatomie de Kranz

Plantes C3: Les feuilles des plantes C3 n'ont pas l'anatomie de Kranz.

Plantes C4: Les feuilles des plantes C4 possèdent l'anatomie de Kranz.

Cellules

Plantes C3: Dans les plantes C3, la réaction sombre est réalisée par les cellules du mésophylle. Les cellules de la gaine du faisceau manquent de chloroplastes.

Plantes C4: Dans les plantes C4, la réaction sombre est réalisée à la fois par les cellules du mésophylle et les cellules de la gaine du faisceau.

Chloroplastes

Plantes C3: Les chloroplastes des plantes C3 sont monomorphes. Les plantes C3 ne contiennent que des chloroplastes granulaires.

Plantes C4: Les chloroplastes des plantes C4 sont dimorphes. Les plantes C4 contiennent à la fois des chloroplastes granulaires et agranulaires.

Réticulum périphérique

Plantes C3: Les chloroplastes des plantes C3 n'ont pas de réticulum périphérique.

Plantes C4: Les chloroplastes des plantes C4 contiennent un réticulum périphérique.

Photosystème II

Plantes C3: Les chloroplastes des plantes C3 sont constitués de PS II.

Plantes C4: Les chloroplastes des plantes C4 ne sont pas constitués de PS II.

Stomates

Plantes C3: La photosynthèse est inhibée lorsque les stomates sont fermés.

Plantes C4: La photosynthèse se produit même lorsque les stomates sont fermés.

Fixation du dioxyde de carbone

Plantes C3: Une seule fixation de dioxyde de carbone se produit dans les plantes C3.

Plantes C4: Une double fixation du dioxyde de carbone se produit dans les plantes en C4.

Efficacité dans la fixation du dioxyde de carbone

Plantes C3: La fixation du dioxyde de carbone est moins efficace et lente dans les plantes C3.

Plantes C4: La fixation du dioxyde de carbone est plus efficace et plus rapide dans les plantes C4.

Efficacité de la photosynthèse

Plantes C3: La photosynthèse est moins efficace chez les plantes C3.

Plantes C4: La photosynthèse est efficace dans les plantes en C4.

Photorespiration

Plantes C3: La photorespiration se produit dans les plantes C3 lorsque la concentration en dioxyde de carbone est faible.

Plantes C4: Aucune photorespiration n'est observée à de faibles concentrations de dioxyde de carbone.

Température optimale

Plantes C3: La plage de température optimale des plantes C3 est de 65 à 75 degrés Fahrenheit.

Plantes C4: La plage de température optimale des plantes C4 est de 90 à 95 degrés Fahrenheit.

Enzyme carboxylase

Plantes C3: L'enzyme carboxylase est le rubisco dans les plantes C3.

Plantes C4: L'enzyme carboxylase est la PEP carboxylase et la rubisco dans les plantes C4.

Premier composé stable dans la réaction sombre

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

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

Teneur en protéines de la plante

Plantes C3: Les plantes C3 contiennent une teneur élevée en protéines.

Plantes C4: Les plantes C4 contiennent une faible teneur en protéines par rapport aux plantes C3.

Conclusion

Les plantes C3 et C4 utilisent des réactions métaboliques distinctes lors de la réaction sombre de la photosynthèse. Les plantes C3 utilisent le cycle de Calvin tandis que les plantes C4 utilisent le cycle Hatch-Slack. Chez les plantes C3, la réaction sombre se produit dans les cellules du mésophylle par fixation du dioxyde de carbone directement dans le ribulose 1, 5-bisphosphate. Dans les plantes C4, le dioxyde de carbone est fixé dans le phosphoénol pyruvate, formant du malate afin de se transférer dans les cellules de la gaine du faisceau où se produit le cycle de Calvin. Par conséquent, le dioxyde de carbone est fixé deux fois dans les plantes C4. Afin de s'adapter au mécanisme C4, les feuilles des plantes C4 présentent l'anatomie de Kranz. L'efficacité de la photosynthèse est élevée dans les plantes C4 par rapport aux plantes C3. Les plantes C4 sont capables d'effectuer la photosynthèse même après la fermeture des stomates. Par conséquent, la principale différence entre les plantes C3 et C4 réside dans leurs réactions métaboliques, opérant pendant la réaction sombre de la photosynthèse.

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 avril 2017.

Courtoisie d'image: 1. "Coupe transversale d'Arabidopsis thaliana, une plante C3" de Ninghui Shi - Travail personnel (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia 2. "Coupe transversale de maïs, une plante C4" de Ninghui Shi - Travail personnel, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia