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9.7: C4 경로 및 CAM
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Biology

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C4 Pathway and CAM
 
전사물

9.7: C4 Pathway and CAM

9.7: C4 경로 및 CAM

Overview

Some plants, like sugar cane and corn, that grow in hot conditions, use an alternative process called the C4 pathway to fix carbon. The cycle begins with CO2 from the atmosphere entering mesophyll cells where it is used to generate oxaloacetate—a four-carbon molecule—from phosphoenolpyruvate (PEP). Oxaloacetate is then converted to malate and transported to bundle sheath cells, where the oxygen concentration is low. There, CO2 is released from malate and enters the Calvin Cycle where it is converted into sugars. The CAM pathway is carried out in plants like cacti that also need to conserve water during the day. CAM plants let CO2 into the leaves at night and produce malate that is stored in vacuoles until the following day. The malate is then released from vacuoles and processed in the Calvin Cycle. The C4 pathway separates the different processes locally, while the CAM pathway separates them chronologically.

The C4 Pathway

Some plants, like corn and sugarcane, have evolved alternative ways to fix carbon that help avoid water loss in hot, dry environments. One such method is the C4 pathway. In the first step, CO2 enters mesophyll cells, and the enzyme phosphoenolpyruvate (PEP) carboxylase adds it to the 3-carbon compound PEP to form the 4-carbon compound oxaloacetate. Oxaloacetate is then converted into an organic acid called malate.

Subsequently, malate is transported into bundle sheath cells deep in the leaf where the oxygen concentration is low. Malate is broken down, releasing a molecule of CO2 that then enters the Calvin Cycle where the enzyme rubisco converts it into sugar. The C4 pathway offers an advantage in hot, arid conditions as the plants will close their stomata to conserve water. As a result, they can keep the oxygen concentration low and therefore favor the binding of CO2 to rubisco rather than O2. When the oxygen concentration is higher, rubisco binds O2 instead of CO2—a process termed photorespiration—which would halt photosynthesis and consume energy.

The CAM Pathway

Other plants, like cacti and pineapple, use the crassulacean acid metabolism (CAM) pathway to fix carbon. CAM plants primarily open their stomata at night to prevent water loss during the hot day. At night CO2 enters the mesophyll cells, where it combines with PEP to form oxaloacetate and eventually malate. Malate is then stored in vacuoles until the next day when it is released from vacuoles and enters the Calvin Cycle. The first stages of photosynthesis proceed during the day as they are light-dependent, while the light-independent reactions of the Calvin cycle take place during the night. In this manner, CAM plants separate CO2 fixation and sugar synthesis by using different times of the day.

개요

뜨거운 조건에서 자라는 사탕수수와 옥수수와 같은 일부 식물은 탄소를 고치기 위해 C4 경로라는 대체 공정을 사용합니다. 사이클은 인포에놀피루바테(PEP)로부터 4탄소 분자인 옥살로아세테이트를 생성하는 데 사용되는 메소필 세포로 들어가는 대기에서 CO2로 시작됩니다. 옥살로아테이트는 그 때 말미료로 변환되고 산소 농도가 낮은 번들 칼집 세포로 수송됩니다. 그곳에서 CO2는 말린에서 방출되어 설탕으로 변환되는 캘빈 사이클에 들어갑니다. CAM 통로는 또한 낮에 물을 절약 할 필요가 선인장 같은 식물에서 수행됩니다. CAM 식물은 CO2를 밤에 잎에 넣고 다음 날까지 바쿠올레에 저장된 마레이를 생산합니다. 그런 다음 malate는 바쿠올에서 방출되고 캘빈 사이클에서 처리됩니다. C4 경로는 다양한 프로세스를 로컬로 분리하고 CAM 경로는 연대순으로 분리합니다.

C4 통로

옥수수와 사탕수수와 같은 일부 식물은 덥고 건조한 환경에서 물 손실을 방지하는 데 도움이되는 탄소를 고치는 다른 방법을 발전했습니다. 이러한 방법 중 하나는 C4 경로입니다. 첫 번째 단계에서CO2는 메소필 세포를 입력하고, 효소 인포에놀피루바테(PEP) 카바실라제는 4탄소 화합물 옥살로아세테이트를 형성하기 위해 3탄소 화합물 PEP에 첨가한다. 옥살로아테이트는 말린산이라고 불리는 유기산으로 변환됩니다.

이어서, 말산은 산소 농도가 낮은 잎 깊은 번들 칼집 세포로 이송된다. Malate는 분해되어 CO2의 분자를 방출하여 효소 루비스코가 설탕으로 변환하는 캘빈 사이클에 들어갑니다. C4 통로는 식물이 물을 절약하기 위해 스토마타를 닫기 때문에 뜨겁고 건조한 조건에서 이점을 제공합니다. 그 결과, 산소 농도를 낮게 유지할 수 있으므로 O 2가 아닌 루비스코에 CO2의 결합을 선호할 수있다. 산소 농도가 높을 때 루비스코는 광합성을 중단하고 에너지를 소비하는 CO 2(광호흡)라고 불리는 공정 대신 O2를 결합합니다.2

CAM 통로

선인장과 파인애플과 같은 다른 식물은 탄소를 고치기 위해 크래술라산 산 대사(CAM) 경로를 사용합니다. CAM 식물은 주로 더운 날에 물 손실을 방지하기 위해 밤에 자신의 스토마타를 엽니 다. 야간 CO2는 폐질 세포를 입력, 그것은 oxaloacetate형성을 형성하고 결국 말린 PEP와 결합. 그런 다음 Malate는 바쿠올레에서 방출되어 캘빈 사이클에 들어갈 때까지 바쿠올레에 저장됩니다. 광합성의 첫 번째 단계는 빛에 의존하기 때문에 낮에는 진행되며, 캘빈 사이클의 빛 독립적 반응은 밤에 일어난다. 이러한 방식으로, CAM 식물은 하루 중 다른 시간을 사용하여 CO2 고정 및 설탕 합성을 분리합니다.


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