Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

9.7: C4 Pathway en CAM
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
C4 Pathway and CAM
 
TRANSCRIPT

9.7: C4 Pathway and CAM

9.7: C4 Pathway en 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.

Overzicht

Sommige planten, zoals suikerriet en maïs, die groeien in warme omstandigheden, gebruik dan een alternatief proces genaamd de C4 pad naar fix koolstof. De cyclus begint met CO 2 uit de atmosfeer die mesofylcellen binnendringt, waar het wordt gebruikt om oxaalacetaat - een molecuul met vier koolstofatomen - te genereren uit fosfoenolpyruvaat (PEP). Oxaalacetaat wordt vervolgens omgezet in malaat en getransporteerd naar bundelmantelcellen, waar de zuurstofconcentratie laag is. Daar komt CO 2 vrij uit malaat en komt het in de Calvin Cycle terecht waar het wordt omgezet in suikers. De CAM-route wordt uitgevoerd in planten zoals cactussen die ook overdag water moeten besparen. CAM-planten laten 's nachts CO 2 in de bladeren en produceren malaat dat tot de volgende dag in vacuolen wordt bewaard. Het malaat wordt vervolgens uit vacuolen vrijgegeven en verwerkt in de Calvin-cyclus. De C4-route scheidt de verschillende processen lokaal, terwijl de CAM pathway hen scheidt chronologisch.

Het C4 Pathway

Sommige planten, zoals maïs en suikerriet, hebben alternatieve manieren ontwikkeld om koolstof te fixeren, waardoor waterverlies in hete, droge omgevingen wordt voorkomen. Een van die methoden is de C4-route. In de eerste stap komt CO 2 mesofylcellen binnen en voegt het enzym fosfoenolpyruvaat (PEP) carboxylase het toe aan de 3-koolstofverbinding PEP om de 4-koolstofverbinding oxaalacetaat te vormen. Oxaalacetaat wordt vervolgens omgezet in een organisch zuur dat malaat wordt genoemd.

Vervolgens wordt malaat getransporteerd naar de cellen van de bundelschede diep in het blad waar de zuurstofconcentratie laag is. Malaat wordt afgebroken, waarbij een CO 2 -molecuul vrijkomt dat vervolgens de Calvin-cyclus binnengaat waar het enzym rubisco het omzet in suiker. De C4-route biedt een voordeel in hete, droge omstandigheden als de planten hun huidmondjes sluiten voor behoud water. Hierdoor kunnen ze de zuurstofconcentratie laag houden en zo de binding van CO 2 aan rubisco bevorderenin plaats van O 2 . Wanneer de zuurstofconcentratie hoger is, bindt rubisco O 2 in plaats van CO 2 - een proces dat fotorespiratie wordt genoemd - dat de fotosynthese zou stoppen en energie zou verbruiken.

Het CAM-pad

Andere planten, zoals cactussen en ananas, gebruiken de route van crassulacean acid metabolism (CAM) om koolstof te fixeren. CAM-planten openen hun huidmondjes voornamelijk 's nachts om waterverlies tijdens de hete dag te voorkomen. 'S Nachts komt CO 2 de mesofylcellen binnen, waar het samen met PEP oxaalacetaat en uiteindelijk malaat vormt. Malaat wordt vervolgens in vacuolen bewaard tot de volgende dag, wanneer het uit vacuolen wordt vrijgegeven en de Calvin-cyclus binnengaat. De eerste stadia van fotosynthese verlopen overdag omdat ze lichtafhankelijk zijn, terwijl de lichtonafhankelijke reacties van de Calvin-cyclus 's nachts plaatsvinden. Op deze manier scheiden CAM-planten CO 2 -fixatie en suikersynthese door verschillende tijdstippen van de dag te gebruiken.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter