Les différence principale entre C3 C4 et la photosynthèse CAM est que La photosynthèse C3 produit un composé à trois carbones via le cycle de Calvin, et la photosynthèse C4 produit un composé intermédiaire à quatre carbones, qui se divise en un composé à trois carbones pour le cycle de Calvin, tandis que la photosynthèse CAM capte la lumière du soleil pendant la journée et fixe le dioxyde de carbone à nuit. De plus, la majorité des plantes subissent une photosynthèse C3, tandis que la photosynthèse C4 se produit dans environ 3% des plantes vasculaires, notamment la digitaire sanguine, la canne à sucre, le maïs, etc. Parallèlement, la photosynthèse CAM se produit chez les plantes adaptées aux environnements secs, notamment les cactus et les ananas.

La photosynthèse C3, C4 et CAM sont trois types de voies de photosynthèse avec différents modes de cycles de Calvin. Ils ont différents mécanismes pour lutter contre la photorespiration. Les plantes C3 n'ont pas de caractéristiques spéciales pour lutter contre la photorespiration, tandis que les plantes C4 minimisent la photorespiration en effectuant la fixation du dioxyde de carbone et le cycle de Calvin dans des cellules séparées. Les plantes CAM, d'autre part, minimisent la photorespiration en effectuant la fixation du dioxyde de carbone et le cycle de Calvin à des moments séparés.

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Qu'est-ce que la photosynthèse

La photosynthèse est le processus cellulaire des plantes vertes responsable de la fixation de l'énergie lumineuse de la lumière du soleil afin de synthétiser des glucides simples à l'aide de dioxyde de carbone atmosphérique et d'eau. C'est un processus qui se produit dans les chloroplastes.

Figure 1: Photosynthèse

De plus, la photosynthèse se déroule en deux étapes: la réaction à la lumière et la réaction à l'obscurité. Typiquement, dans la réaction lumineuse, les chlorophylles absorbent l'énergie de la lumière du soleil et synthétisent deux types de molécules riches en énergie: l'ATP et la coenzyme NADPH2. En revanche, dans la réaction sombre, ces deux molécules riches en énergie sont utilisées pour la synthèse des glucides en fixant le dioxyde de carbone. De plus, il existe trois types de réactions sombres se produisant dans les plantes en fonction des conditions environnementales. Il s'agit de la photosynthèse C3, C4 et CAM.

Qu'est-ce que la photosynthèse C3

La photosynthèse C3 est le principal type de photosynthèse se produisant dans chaque plante photosynthétique. Généralement, il subit le mécanisme standard du cycle de Calvin, suite à la réaction lumineuse. Par conséquent, la première étape du cycle de Calvin est la fixation du dioxyde de carbone dans la photosynthèse C3. Ici, le dioxyde de carbone est fixé dans le ribulose 1, 5-bisphosphate, formant un composé instable à six carbones, qui est ensuite hydrolysé en un composé à trois carbones, le 3-phosphoglycérate. Ici, le premier produit stable de la photosynthèse C3 est un composé à trois carbones, d'où son nom.

Figure 2: Photosynthèse C3 – Cycle de Calvin régulier

L'enzyme RuBisCO dans la surface stromale de la membrane thylakoïde dans le chloroplaste catalyse la réaction ci-dessus. En raison de l'imperfection catalytique de RuBisCO, il réagit fortement avec l'oxygène moléculaire dans un processus appelé photorespiration. De plus, la fixation du dioxyde de carbone donne deux molécules de 3-phosphoglycérate. Au cours de la deuxième étape, une molécule de 3-phosphoglycérate subit une réduction afin de former trois types d'hexose phosphates: le fructose 6-phosphate, le glucose 6-phosphate et le glucose 1-phosphate. De plus, le 3-phosphoglycérate restant est recyclé, formant du ribulose 1, 5-bisphosphate.

Qu'est-ce que la photosynthèse C4

La photosynthèse C4 est une autre forme de photosynthèse qui se produit principalement dans les plantes tropicales. En règle générale, les pores des stomates d'échange de gaz restent fermés la majeure partie de la journée dans ces plantes afin de réduire la perte excessive d'humidité dans des conditions sèches et chaudes. Par conséquent, la concentration de dioxyde de carbone à l'intérieur des feuilles des plantes n'est pas suffisante pour la progression du cycle C3, qui à son tour améliore la photorespiration, réduisant l'efficacité de la photosynthèse. Ainsi, afin d'augmenter l'efficacité dans des conditions sèches et chaudes, ces plantes effectuent la photosynthèse en C4.

Figure 3: Photosynthèse C4 – Réaction sombre

De plus, l'anatomie de Kranz décrit la structure de la feuille des plantes C4. Fondamentalement, deux types de cellules sont présents dans la feuille de la plante C4. Ce sont des cellules du mésophylle et des cellules de la gaine du faisceau. Les cellules de la gaine du faisceau entourent le tissu vasculaire. Dans les cellules du mésophylle, le phosphoénolpyruvate réagit avec le dioxyde de carbone, formant de l'oxaloacétate, qui est un composé à quatre carbones. Ici, la phosphoénolpyruvate carboxylase est l'enzyme qui catalyse la fixation du dioxyde de carbone. Cependant, il est insensible à l'oxygène; par conséquent, la photorespiration est minimisée par rapport à la fixation du dioxyde de carbone par rubisco. Après cela, l'oxaloacétate se réduit en malate, qui est ensuite transféré dans les cellules de la gaine du faisceau. Dans les cellules de la gaine du faisceau, le malate subit une décarboxylation en éliminant le dioxyde de carbone, entrant dans le cycle C3.

Qu'est-ce que la photosynthèse CAM

La photosynthèse CAM est la troisième forme de photosynthèse qui se produit chez les plantes dans des conditions semi-arides. Habituellement, l'eau est l'un des deux facteurs nécessaires à la photosynthèse tandis que le second est le dioxyde de carbone. Cependant, la perte en eau de ces plantes est élevée. Par conséquent, ils stockent fortement l'eau à l'intérieur de la plante et deviennent épais. De plus, ils ont un revêtement en cire afin de réduire l'évaporation. En général, les plantes succulentes telles que les cactus, le sedum, le jade, les orchidées et l'agave sont les plantes semi-arides.

Figure 4: Photosynthèse CAM - Réaction sombre

De plus, ces plantes gardent leurs stomates fermés pendant la journée. Au lieu de cela, ils s'ouvrent la nuit et prennent du dioxyde de carbone la nuit. Ensuite, ce dioxyde de carbone est fixé dans le phosphoénolpyruvate, formant l'oxaloacétate par photosynthèse en C4. Ensuite, cet oxaloacétate est transformé en malate et est stocké jusqu'au retour de la lumière du jour. Après cela, le malate se déplace dans les cellules du mésophylle afin de subir le cycle de Calvin régulier.

Similitudes entre la photosynthèse C3 C4 et CAM

Différence entre la photosynthèse C3 C4 et CAM

Définition

La photosynthèse C3 fait référence à un type majeur de photosynthèse qui produit un composé à trois carbones via le cycle de Calvin tandis que la photosynthèse C4 fait référence à un type de photosynthèse qui produit un composé intermédiaire à quatre carbones, qui se divise en un composé à trois carbones pour le cycle de Calvin.. En revanche, la photosynthèse CAM fait référence à un autre type de photosynthèse, qui capte la lumière du soleil pendant la journée et fixe le dioxyde de carbone la nuit.

Occurrence

La majorité des plantes subissent une photosynthèse C3; La photosynthèse C4 se produit dans environ 3% des plantes vasculaires, notamment la digitaire sanguine, la canne à sucre, le maïs, etc., tandis que la photosynthèse CAM se produit dans les plantes adaptées aux environnements secs, notamment les cactus et les ananas.

Cellules impliquées dans

La photosynthèse C3 ne se produit que dans les cellules du mésophylle et la photosynthèse C4 se produit dans les cellules du mésophylle et les cellules de la gaine des faisceaux, tandis que la photosynthèse CAM se produit dans les mésophylles.

Premier produit stable

Le 3-phosphoglycérate (3-PGA) est le premier composé stable produit dans la photosynthèse C3, l'oxaloacétate (OAA) est le premier composé stable produit dans la photosynthèse C4 tandis que les plantes CAM produisent le 3-phosphoglycérate (3-PGA) pendant la journée et l'oxaloacétate (OAA) la nuit.

Exigences pour la réaction sombre

Température optimale

La température optimale pour la photosynthèse C3 est de 15-25 °C, et la température optimale pour la photosynthèse C4 est de 30-40 °C tandis que la température optimale pour la photosynthèse CAM est > 40 °C.

Ouverture des stomates pendant la journée

Les stomates restent ouverts pendant la journée dans la photosynthèse C3 et C4 tandis que les stomates restent fermés pendant la nuit.

Enzyme de carboxylation

La carboxylase RuBP est l'enzyme de carboxylation dans la photosynthèse C3, la carboxylase PEP est l'enzyme du mésophylle et la carboxylase RuBP est l'enzyme dans les cellules de la gaine du faisceau dans la photosynthèse C4 tandis que la carboxylase PEP est l'enzyme active dans l'obscurité et la carboxylase RuBP est l'enzyme active dans le jour dans la photosynthèse CAM.

Accepteur initial de dioxyde de carbone

Le ribulose-1, 5-bisphosphate (RuBP) est l'accepteur initial de dioxyde de carbone dans la photosynthèse C3, le phosphoénolpyruvate (PEP) est l'accepteur initial de dioxyde de carbone dans la photosynthèse C4 et la photosynthèse CAM.

Anatomie de la feuille

L'anatomie des feuilles est typique de la photosynthèse C3; L'anatomie de Kranz est présente dans la photosynthèse C4 tandis que l'anatomie de la feuille est xéromorphe dans la photosynthèse CAM.

Photorespiration

Conclusion

La photosynthèse C3 est la principale forme de photosynthèse qui produit un composé à trois carbones dans le cycle de Calvin. Généralement, il se produit dans toutes les plantes photosynthétiques. Cependant, la photorespiration se produit dans les plantes C3 à des taux plus élevés. En revanche, la photosynthèse C4 est un type de photosynthèse qui se produit chez les plantes tropicales. En outre, il produit un composé intermédiaire à quatre carbones, qui se divise en un composé à trois carbones pour le cycle de Calvin. Il minimise la photorespiration car il effectue la fixation du carbone et le cycle de Calvin dans des cellules séparées. D'autre part, la photosynthèse CAM est un autre type de photosynthèse, qui se produit dans des conditions semi-arides. Ici, la fixation du dioxyde de carbone se produit la nuit. De plus, il minimise la photorespiration en effectuant la fixation du dioxyde de carbone et le cycle de Calvin à des moments séparés. Par conséquent, la principale différence entre la photosynthèse C3, C4 et CAM réside dans la différence de fixation du carbone, d'occurrence et de méthodes pour minimiser la photorespiration.

Les références:

1. Cornell, Brent. « Usines C3, C4 et CAM ». BioNinja, disponible ici.

Image de courtoisie:

1. "Aperçu de la photosynthèse simple" de Daniel Mayer (mav) - Travail personnel (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia 2. "Calvin-cycle4" de Mike Jones - Travail personnel (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia 3 "HatchSlackpathway2" de HatchSlackpathway.svg (CC BY-SA 2.5) via Commons Wikimedia 4. "CAM" de Le téléchargeur d'origine était Crenim sur Wikipedia anglais. (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia