ფოტოსინთეზი არის ფუნდამენტური პროცესი, რომელსაც მცენარეები და ზოგიერთი ბაქტერია იყენებენ სინათლის ენერგიის ქიმიურ ენერგიად, კონკრეტულად გლუკოზაში გადაქცევისთვის. თუმცა, ყველა მცენარე არ იყენებს ერთსა და იმავე ფოტოსინთეზურ გზებს. C3, C4 და CAM არის ფოტოსინთეზის სამი განსხვავებული რეჟიმი, რომლებიც გვხვდება მცენარეთა სხვადასხვა სახეობებში. ამ ბილიკებს შორის განსხვავებების გაგება გადამწყვეტია იმის გასაგებად, თუ როგორ მოერგებიან მცენარეები სხვადასხვა გარემო პირობებს. ეს სტატია შეისწავლის C3, C4 და CAM ფოტოსინთეზის უნიკალურ მახასიათებლებსა და განსხვავებებს ფოტოსინთეზისა და ბიოქიმიის პროცესებთან დაკავშირებით.
C3 ფოტოსინთეზი
C3 ფოტოსინთეზი არის ფოტოსინთეზის ყველაზე გავრცელებული და უძველესი ფორმა, რომელიც გვხვდება მცენარეთა სახეობების უმრავლესობაში. ამ პროცესში ნახშირორჟანგი თავდაპირველად ფიქსირდება 3-ნახშირბადოვან ნაერთში, ფოსფოგლიცერატში (PGA), რიბულოზა-1,5-ბისფოსფატ კარბოქსილაზა/ოქსიგენაზას (Rubisco) ფერმენტის დახმარებით. შემდეგ PGA გარდაიქმნება გლუკოზად კალვინის ციკლის მეშვეობით. თუმცა, C3 ფოტოსინთეზს აქვს შეზღუდვები, განსაკუთრებით მაღალ ტემპერატურასა და არიდულ პირობებში, რუბისკოს არაეფექტურობის გამო ჟანგბადის დისკრიმინაციაში.
C4 ფოტოსინთეზი
C4 ფოტოსინთეზი არის უფრო განვითარებული და ეფექტური მექანიზმი, რომელიც განვითარდა გარემო სტრესის საპასუხოდ, როგორიცაა მაღალი ტემპერატურა და ნახშირორჟანგის დაბალი დონე. C3 მცენარეებისგან განსხვავებით, C4 მცენარეებმა შეიმუშავეს სპეციალური ანატომიური და ბიოქიმიური სტრატეგია ფოტოსუნთქვის შესამცირებლად და ნახშირბადის ფიქსაციის ეფექტურობის გაზრდის მიზნით. C4 მცენარეებში ნახშირორჟანგი თავდაპირველად ფიქსირდება 4-ნახშირბადოვან ნაერთში, ოქსალოძმარმჟავაში, მეზოფილის უჯრედებში. ეს 4 ნახშირბადის ნაერთები შემდეგ ტრანსპორტირდება შეკვრა-გარსების უჯრედებში, სადაც ისინი გამოყოფენ CO2-ს კალვინის ციკლისთვის. ნახშირბადის საწყისი ფიქსაციისა და კალვინის ციკლის სივრცითი გამოყოფა C4 მცენარეებში აძლიერებს მცენარის უნარს აყვავდეს თბილ და მშრალ გარემოში.
CAM ფოტოსინთეზი
CAM (Crassulacean Acid Metabolism) ფოტოსინთეზი არის უნიკალური ადაპტაცია, რომელიც გვხვდება წვნიან მცენარეებში, როგორიცაა კაქტუსები და აგავა, რომლებიც იზრდება არიდულ და ნახევრად მშრალ გარემოში. CAM მცენარეები ავლენენ ნახშირბადის ფიქსაციის დროებით განცალკევებას ღამით CO2-ის თავდაპირველად დაფიქსირებით ორგანულ მჟავებად, რომლებიც ინახება ვაკუოლებში. დღის განმავლობაში ეს ორგანული მჟავები იშლება კალვინის ციკლისთვის CO2-ის გასათავისუფლებლად. ეს დროებითი განცალკევება საშუალებას აძლევს CAM მცენარეებს დაზოგონ წყალი ღამით მათი სტომატის გახსნით, როდესაც ტრანსპირაციის სიჩქარე დაბალია და განახორციელონ ფოტოსინთეზი დღის განმავლობაში შენახული CO2-ის გამოყენებით.
მთლიანობაში, განსხვავებები C3, C4 და CAM ფოტოსინთეზს შორის მდგომარეობს მათ ნახშირბადის ფიქსაციის სტრატეგიებში, ანატომიურ მახასიათებლებში და სხვადასხვა გარემო პირობებთან ადაპტაციაში. ამ განსხვავებების გაგება აუცილებელია როგორც ფოტოსინთეზისთვის, ასევე ბიოქიმიური კვლევისთვის, რადგან ისინი გვთავაზობენ იმის გარკვევას, თუ როგორ განვითარდნენ მცენარეები მრავალფეროვან ეკოლოგიურ ნიშებში.