So sánh quang hợp ở thực vật C3 và C4 về chu trình cố định CO₂.

Dưới đây là bảng so sánh chính về chu trình cố định CO₂ ở thực vật C₃ và C₄: 1. Cơ chế cố định CO₂ - Thực vật C₃: • Enzym chủ lực là RuBisCO (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase) trực tiếp khởi đầu cố định CO₂ vào ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP). • Sản phẩm ổn định đầu tiên: 3-phosphoglycerate (3-PGA) – phân tử 3 cacbon. • Toàn bộ quá trình (cố định và khử CO₂) diễn ra luôn trong tế bào mô khô (mesophyll). - Thực vật C₄: • Hai bước cố định: 1) Ở tế bào mô khô: PEP carboxylase gắn CO₂ vào phosphoenolpyruvate (PEP) tạo oxaloacetate (OAA) – 4 cacbon. OAA thường chuyển thành malate hoặc aspartate. 2) Malate/aspartate vận chuyển vào tế bào vòng mạch (bundle-sheath cells), giải phóng CO₂ tập trung cao quanh RuBisCO, rồi CO₂ được đưa vào chu trình Calvin (tương tự C₃) ngay tại đây. • Phân bố không gian (Kranz anatomy): mô khô chuyên cố định ban đầu, tế bào vòng mạch chuyên Calvin. 2. Hiệu quả và điều kiện hoạt động - C₃: hiệu quả cao ở điều kiện mát, ẩm; khi nhiệt độ cao hoặc CO₂ thấp, hoạt tính oxygenase của RuBisCO tăng, dẫn tới photorespiration mạnh làm giảm hiệu suất cố định CO₂. - C₄: nhờ bơm CO₂ vào tế bào vòng mạch, giảm photorespiration, thích nghi tốt với điều kiện nóng, khô, cường độ sáng cao và CO₂ thấp. 3. Năng lượng tiêu tốn - C₃: tốn 3 ATP + 2 NADPH để khử 1 CO₂ trong chu trình Calvin. - C₄: do có bước “bơm” CO₂, phải tiêu thêm ~2 ATP để tái tạo PEP, tổng cộng ~5 ATP + 2 NADPH cho mỗi CO₂ cố định cuối cùng trong chu trình Calvin. 4. Sản phẩm đầu tiên - C₃: 3-PGA (3 cacbon). - C₄: oxaloacetate (4 cacbon), sau đó mới tạo 3-PGA trong chu trình Calvin. Tóm lại, thực vật C₄ có thêm bước cố định sơ bộ bằng PEP carboxylase và bố trí “Kranz anatomy” giúp cô lập RuBisCO, giảm photorespiration, cho hiệu suất cao trong điều kiện khắc nghiệt, nhưng phải trả giá tiêu tốn thêm năng lượng so với C₃.