当前课程知识点:普通生物学 > 第一章 细胞生物学基础 > 第四节 细胞的能量代谢 > 1.4.10 C4途径与CAM途径
高等植物体固定二氧化碳
有三条途径
之前我们已经介绍了
卡尔文(Calvin)循环也就是C3途径
现在我们来介绍另外两条途径
一个是C4途径
还有一个是景天酸代谢途径
简称CAM途径
这是一张玉米叶片的
横切制片图
从图中,我们可以看到有多个花环样的结构
大家知道这是什么吗
这呢,就是一个个的维管束
也就是叶脉的横切面
在这个维管束的外围有一圈很大的细胞
像花环一样的围绕着这个维管束
这些都是维管束鞘细胞
这些细胞中含有很多叶绿体
这些叶绿体呢主要分布在细胞的边缘部分
叶片具有这种花环样的结构
是C4植物的典型特征
这个C4植物
不仅叶片结构特殊
而且呢固定
二氧化碳的方式也很特别
它是分两步在两类细胞中
分别进行的而且催化的酶也不相同
具体的步骤是这样的
二氧化碳首先进入叶肉细胞
在胞质中转变成碳酸氢根离子
碳酸氢根离子在PEP(磷酸烯醇丙酮酸)羧化酶的催化下
与PEP反应
先生成一个四碳的化合物
草酰乙酸
草酰乙酸很不稳定
会迅速的被还原成苹果酸
并被运送到维管束鞘细胞当中
在维管束鞘细胞
这个四碳酸被脱羧化释放出二氧化碳
进入卡尔文循环
生成糖
这个脱羧产生的这个三碳酸
又转移回到叶肉细胞
用于PEP的再生
在这条途径中由于二氧化碳固定生成的
第一个产物是四碳酸
也就是草酰乙酸
所以这条途径呢
也被称为C4途径
通过这一途径固定二氧化碳
的植物也称为C4植物
典型代表 高粱、甘蔗和玉米
C4植物为什么会采取
这种方式来固定二氧化碳呢
这也是长期适应环境的结果
C4植物通常生长在
热带亚热带区域
高温呢会导致强烈的蒸腾作用
为了减少水分蒸发
植物呢会在高温时段关闭气孔
结果
就会导致叶片中的二氧化碳
浓度会很低
C4植物
是如何来解决这个问题的呢
与C3途径中的
RuBP羧化酶相比
C4植物叶肉细胞中的
PEP羧化酶具有非常高的
二氧化碳亲和力
可以固定低浓度的二氧化碳
这样就可以通过
高效率的固定低浓度的二氧化碳
最终保证了维管束鞘细胞中
有较高浓度的二氧化碳
最终 进入卡尔文循环
据测算维管束鞘细胞中二氧化碳浓度
可达到大气中浓度的10倍
因此呢
C4途径就大大提高了
光合作用的效率
C4植物也属与高产型植物
总之
C4植物的特点
就是二氧化碳的捕获
与卡尔文循环在空间上分隔
其中叶肉细胞是负责捕获二氧化碳
生成四碳酸
维管束鞘细胞
则负责完成卡尔文循环
还有一类生长在干旱地区的植物
它们采取另外一种途径
来固定二氧化碳
由于景天酸科植物
也是采取这种途径 所以呢
我们把这条途径称为叫
景天酸代谢途径简称CAM途径
代表植物有菠萝、仙人掌
还有景天酸科的植物
这条代谢途径的特点是
二氧化碳的捕获
与卡尔文循环在时间上分离
由于这类植物生长在干旱地区
为了减少水分蒸发
植物的气孔会在夜间张开白天关闭
由于二氧化碳只能在夜晚
进入叶肉细胞 所以呢
植物需要将它尽快的固定下来
景天酸代谢与C4途径类似
也是先生成一个四碳酸 草酰乙酸
具体的过程 是这样的
夜晚,当气孔打开的时候
二氧化碳进入叶肉细胞
在PEP羧化酶的作用下
先生成草酰乙酸(C4)
并进一步被还原为苹果酸
进入植物细胞的液泡中
白天当气孔关闭的时候
在有光的条件下
苹果酸经氧化脱羧释放二氧化碳
进入Calvin循环
生成糖类
这样呢
就保证了光合作用能够进行
将CAM途径与C4途径进行比较
它们有以下共同之处
都是先通过C4途径固定二氧化碳
生成草酰乙酸
进一步还原成苹果酸
然后再通过
脱羧反应释放出二氧化碳
进入Calvin循环
不同之处就在于
C4植物是通过空间分隔
在两种细胞中完成
在叶肉细胞固定二氧化碳
在维管束细胞进行Calvin循环
CAM植物则不同
它是通过时间间隔
将这两个过程分割开来
在夜晚固定二氧化碳
在白天进行Calvin循环
这两个过程都是在
叶肉细胞中进行
总之这两条途径
都是为了提高光合作用效率
减少水分的蒸发
-绪论
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-第一节 细胞概述
-第一章 细胞生物学基础--第一节 细胞概述
-第二节 细胞膜与物质的跨膜运输
-第一章 细胞生物学基础--第二节 细胞膜与物质的跨膜运输
-第三节 真核细胞的结构
-第一章 细胞生物学基础--第三节 真核细胞的结构
-第四节 细胞的能量代谢
-第一章 细胞生物学基础--第四节 细胞的能量代谢
-第五节 细胞的分裂与分化
-第一章 细胞生物学基础--第五节 细胞的分裂与分化
-第一节 遗传的分子基础
-第二章 分子生物学基础--第一节 遗传的分子基础
-第二节 基因的表达调控
-第二章 分子生物学基础--第二节 基因的表达调控
-第三节 生物技术及其应用
-第二章 分子生物学基础--第三节 生物技术及其应用
-第四节 人类基因组及其遗传疾病
-第二章 分子生物学基础--第四节 人类基因组及其遗传疾病
-第一节 高等植物体的细胞与组织
-第三章第一节 高等植物体的细胞与组织
-第二节 植物的生长
-第三章 高等植物体的结构与功能--第二节 植物的生长
-第三节 植物的生殖和发育
-第三章 高等植物体的结构与功能--第三节 植物的生殖和发育
-第四节 植物的营养与运输
-第三章 高等植物体的结构与功能--第四节 植物的营养与运输
-第五节 植物生长发育的调控
--3.5.6 乙烯
-第三章 高等植物体的结构与功能--第五节 植物生长发育的调控
-第一节 动物的组织
--4.1.5 软骨
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-第一节 动物的组织--作业
-第二节 消化系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第二节 消化系统
-第三节 呼吸系统
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-第四节 循环系统
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-第五节 内环境的控制
-第四章 高等动物体的结构与功能--第五节 内环境的控制
-第六节 内分泌系统
-第四章 高等动物体的结构与功能--第六节 内分泌系统
-第七节 神经系统与神经调节
-第四章 高等动物体的结构与功能--第七节 神经系统与神经调节
-第八节 生殖与胚胎发育
-第四章 高等动物体的结构与功能--第八节 生殖与胚胎发育
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