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9.7: C4通路和CAM
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C4 Pathway and CAM
 
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9.7: C4通路和CAM

一些植物,如甘蔗和玉米,生长在炎热的条件下,使用一种称为C4通路的替代过程来固定碳。这个循环从大气中的CO2进入叶肉细胞开始,在叶肉细胞中,CO2被用来从磷酸烯醇丙酮酸(PEP)生成草酸酯(一种四碳分子)。然后草酰乙酸转化为苹果酸盐,转运到氧浓度较低的束鞘细胞。在那里,CO2从苹果酸盐中释放,进入卡尔文循环被转化为糖。景天酸代谢(CAM)通路是在仙人掌等植物中进行的,这些植物在白天也需要保存水分。CAM植物在夜间让CO2进入叶片,并产生苹果酸盐,苹果酸盐储存在液泡中,直到第二天。然后苹果酸盐从液泡中释放出来,在卡尔文循环中进行处理。C4通路在局部分离不同的进程,而CAM通路按时间顺序分离它们。

C4的途径

一些植物,如玉米和甘蔗,已经进化出另一种固定碳的方法,有助于避免在炎热干燥的环境中水分流失。其中一种方法是C4途径。第一步,CO2进入叶肉细胞,磷酸烯醇丙酮酸(PEP)羧化酶将其加入3-碳化合物PEP中,形成4-碳化合物草酰乙酸。草酰乙酸被转化成一种叫做苹果酸的有机酸。

随后,苹果酸被输送到叶片深处氧浓度较低的维管束鞘细胞中。苹果酸被分解,释放出一个CO2分子,然后进入卡尔文循环,核酮糖二磷酸缩化酶(rubisco)将其转化为糖。C4途径在炎热、干旱的条件下具有优势,因为植物会关闭气孔以保存水分。因此,它们可以保持较低的氧浓度,从而有利于CO2与二磷酸核酮糖羧化酶的结合,而不是O2。当氧浓度较高时,二磷酸核酮糖羧化酶与O2>结合,而不是与CO2结合,这一过程称为光呼吸,它会停止光合作用并消耗能量。

CAM的途径

其它植物,如仙人掌和菠萝,利用景天酸代谢(CAM)途径来固定碳。CAM植物主要在夜间打开气孔,以防止在炎热的白天水分流失。夜间CO2进入叶肉细胞,与PEP结合形成草酰乙酸,最终形成苹果酸。苹果酸则储存在液泡中,直到第二天从液泡中释放出来,进入卡尔文循环。光合作用的第一阶段在白天进行,因为它们依赖于光,而卡尔文周期的光独立反应则在夜间进行。以这种方式,CAM植物利用一天中不同的时间分离CO2固定和糖合成。


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C4 Pathway CAM Pathway Carbon Fixation Hot And Dry Environments Mesophyll Cells PEP Carboxylase Oxaloacetate Malate Bundle Sheath Cells Calvin Cycle RuBisCO Sugars Stomata Water Loss Crassulacean Acid Metabolism CAM Plants Night-time Stomata Opening Mesophyll Cell Vacuoles Photosynthesis C3 Pathway Photorespiration

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