La principale différence entre les plantes C3 et C4 est que les plantes C3 forment un composé à trois carbones comme premier produit stable de la réaction sombre tandis que les plantes C4 forment un composé à quatre carbones comme premier produit stable de la réaction sombre.
La photosynthèse est un processus basé sur la lumière qui convertit le dioxyde de carbone et l'eau en sucres riches en énergie dans les plantes, les algues et les cyanobactéries. Lors de la réaction lumineuse de la photosynthèse, la photolyse des molécules d'eau se produit. À la suite de la photolyse de l'eau, l'oxygène se libère comme sous-produit. Après la réaction à la lumière, la réaction à l'obscurité commence et elle synthétise des glucides en fixant du dioxyde de carbone. Cependant, l'oxygène généré par la réaction lumineuse peut se lier à l'enzyme principale de la réaction sombre qui est la RuBP oxygénase-carboxylase (Rubisco) et effectuer la photorespiration. La photorespiration est un processus qui gaspille de l'énergie et diminue la synthèse des glucides. Par conséquent, afin d'empêcher la photorespiration, il existe trois manières différentes que la réaction sombre se produise dans les plantes pour empêcher la rencontre de l'oxygène avec Rubisco. Par conséquent, selon la manière dont la réaction sombre se produit, il existe 3 types de plantes; à savoir, les usines C3, les usines C4 et les usines CAM.
Que sont les plantes C3 ?
Environ 95 % des plantes sur terre sont des plantes C3. Comme leur nom l'indique, ils réalisent le mécanisme photosynthétique C3 qui est le cycle de Calvin. On pense que la photosynthèse C3 est apparue il y a près de 3,5 milliards d'années. Ces plantes sont principalement des plantes ligneuses et à feuilles rondes. Chez ces plantes, la fixation du carbone a lieu dans les cellules du mésophylle situées juste sous l'épiderme.
Le dioxyde de carbone passe de l'atmosphère aux cellules du mésophylle par les stomates. Ensuite, la réaction sombre commence. La première réaction est la fixation du dioxyde de carbone avec du bisphosphate de ribulose en phosphoglycérate qui est un composé à trois carbones. En fait, c'est le premier produit stable des plantes C3. La ribulose bisphosphate carboxylase (Rubisco) est l'enzyme qui catalyse cette réaction de carboxylation chez les plantes. De même, le cycle de Calvin se produit de manière cyclique lors de la production de glucides.
Figure 01: Usines C3
Comparé aux plantes C4, les plantes C3 sont inefficaces en ce qui concerne leur mécanisme photosynthétique. C'est à cause de l'apparition de la photorespiration chez les plantes C3. La photorespiration est due à l'activité oxygénase de l'enzyme Rubisco. L'oxygénation de Rubisco fonctionne dans le sens opposé à la carboxylation, annule efficacement la photosynthèse en gaspillant à grands frais de grandes quantités de carbone fixé à l'origine par le cycle de Calvin et entraîne une perte de dioxyde de carbone des cellules qui fixent le dioxyde de carbone. De même, l'interaction avec l'oxygène et le dioxyde de carbone se produit au même site sur Rubisco. Ces réactions concurrentes se déroulent normalement dans un rapport de 3:1 (carbone: oxygène). Ainsi, il est clair que la photorespiration est un processus stimulé par la lumière qui consomme de l'oxygène et dégage du dioxyde de carbone.
Que sont les plantes C4 ?
Les plantes C4 sont présentes dans les zones sèches et à haute température. Environ 1% des espèces végétales ont une biochimie C4. Quelques exemples de plantes C4 sont le maïs et la canne à sucre. Comme leur nom l'indique, ces plantes réalisent le mécanisme photosynthétique C4. On pense que la photosynthèse C4 est apparue il y a près de 12 millions d'années; longtemps après l'évolution du mécanisme C3. Les plantes C4 sont peut-être mieux adaptées maintenant, car les niveaux actuels de dioxyde de carbone sont bien inférieurs à ceux d'il y a 100 millions d'années.
Les centrales C4 sont beaucoup plus efficaces pour capter le dioxyde de carbone. De plus, la photosynthèse C4 se retrouve chez les espèces monocotylédones et dicotylédones. Contrairement aux plantes C3, le premier produit stable formé lors de la photosynthèse est l'acide oxaloacétique, qui est un composé à quatre carbones. Plus important encore, les feuilles de ces plantes présentent un type d'anatomie spécial appelé "Anatomie de Kranz". Il existe un cercle de cellules de la gaine du faisceau avec des chloroplastes autour des faisceaux vasculaires par lesquels les plantes C4 peuvent être identifiées.
Figure 02: Plantes C4
Dans cette voie, la fixation du dioxyde de carbone se produit deux fois. Dans le cytoplasme des cellules du mésophylle, le CO2 se fixe d'abord avec le phosphoénolpyruvate (PEP), qui agit comme un accepteur primaire. La réaction est catalysée par l'enzyme PEP carboxylase. Ensuite, le PEP se transforme en malate puis en pyruvate libérant du CO2 Et, ce CO2se fixe à nouveau pour la deuxième fois avec du Ribulose bisphosphate, pour former 2 phosphoglycérate pour effectuer le cycle de Calvin.
Quelles sont les similitudes entre les plantes C3 et C4 ?
- Les plantes C3 et C4 fixent le dioxyde de carbone et produisent des glucides.
- Ils effectuent une réaction sombre.
- De plus, les deux types de plantes ont la même réaction lumineuse.
- De plus, ils ont des chloroplastes pour effectuer la photosynthèse.
- Leur équation photosynthétique est similaire.
- De plus, le RuBP est impliqué dans la réaction sombre des deux types de plantes.
- Les deux plantes produisent du phosphoglycérate.
Quelle est la différence entre les plantes C3 et C4 ?
Les plantes C3 produisent de l'acide phosphoglycérique comme premier produit stable de la réaction à l'obscurité. C'est un composé à trois carbones. D'autre part, les plantes C4 produisent de l'acide oxalo-acétique comme premier produit stable de la réaction à l'obscurité. C'est un composé à quatre carbones. C'est donc la principale différence entre les plantes C3 et C4.
De plus, l'efficacité photosynthétique des plantes C3 est inférieure à l'efficacité photosynthétique des plantes C4. Cela est dû à la photorespiration observée chez les plantes C3 qui est négligeable chez les plantes C4. C'est donc une autre différence entre les plantes C3 et C4. Lorsque l'on considère les différences structurelles, les plantes C3 n'ont pas deux types de chloroplastes et l'anatomie de Kranz dans les feuilles. D'autre part, les plantes C4 ont deux types de chloroplastes et présentent l'anatomie de Kranz dans les feuilles. C'est donc aussi une différence entre les plantes C3 et C4.
De plus, une autre différence entre les usines C3 et C4 est que les usines C3 ne fixent le dioxyde de carbone qu'une seule fois, tandis que les usines C4 fixent le dioxyde de carbone deux fois. De ce fait, l'assimilation du C est moindre dans les plantes C3 alors que l'assimilation du C est élevée dans les plantes C4. De plus, les plantes C4 peuvent effectuer la photosynthèse lorsque les stomates sont fermés et sous des concentrations de lumière très élevées et de faibles concentrations de CO2 . Cependant, les plantes C3 sont incapables d'effectuer la photosynthèse lorsque les stomates sont fermés et sous de très fortes concentrations de lumière et de faibles concentrations de CO2 . Par conséquent, il s'agit également d'une différence significative entre les plantes C3 et C4. De plus, les plantes C3 et les plantes C4 diffèrent du premier accepteur de dioxyde de carbone. RuBP est l'accepteur CO2 dans les usines C3 tandis que PEP est le premier accepteur CO2 dans les usines C4.
Résumé - Usines C3 vs C4
C3 et C4 sont deux types de plantes. Les plantes C3 sont très courantes tandis que les plantes C4 sont très rares. La principale différence entre les plantes C3 et C4 dépend du premier produit carboné qu'elles produisent lors de la réaction à l'obscurité. Les plantes C3 exécutent le cycle de Calvin et produisent un composé à trois carbones comme premier produit stable tandis que les plantes C4 exécutent le mécanisme C4 et produisent un composé à quatre carbones comme premier produit stable. De plus, les plantes C3 présentent une efficacité photosynthétique moindre tandis que les plantes C4 présentent une efficacité photosynthétique élevée. De plus, les plantes C3 n'ont pas d'anatomie de Kranz dans les feuilles, et elles n'ont pas non plus deux types de chloroplastes. D'autre part, les plantes C4 ont une anatomie de Kranz dans leurs feuilles, ainsi que deux types de chloroplastes. Voici donc le résumé des plantes C3 et C4.
