L’assimilation du dioxyde de carbone de la lumière du soleil, pour le processus de photosynthèse, puis sa conversion en glucose (énergie) synthétisant un produit différent est la différence clé entre les trois. Ainsi, pendant la fixation du CO2, lorsque les plantes photosynthétiques produisent de l’acide 3-phosphoglycérique (PGA) ou de l’acide à 3 carbones comme premier produit, on parle de voie C3.
Mais lorsque la plante photosynthétique, avant de passer à la voie C3, produit de l’acide oxaloacétique (OAA) ou un composé à 4 -carbones comme premier produit stable, on parle de voie C4 ou de voie Hatch et Slack. Mais lorsque les plantes absorbent l’énergie de la lumière solaire le jour et utilisent cette énergie pour l’assimilation ou la fixation du dioxyde de carbone la nuit est appelé métabolisme acide crassulacé ou CAM.
Ces procédures sont suivies par les plantes, certaines espèces de bactéries et d’algues pour la production d’énergie, indépendamment de leur habitat. La synthèse d’énergie, utilisant le dioxyde de carbone et l’eau comme source principale pour obtenir des nutriments de l’air et de l’eau, est appelée photosynthèse. C’est le processus premier de l’être vivant qui produit de la nourriture par lui-même
Dans ce contenu, nous allons considérer la différence essentielle entre les trois types de voies suivies par les plantes et quelques micro-organismes et une petite description à leur sujet.
Contenu : LES VOIES C3, C4, et CAM pathways
- Comparison Chart
- Definition
- Key Differences
- Conclusion
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Tableau de comparaison
| Base de comparaison | Voie C3 | Voie C4 | CAM | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Définition | Ces plantes dont le premier produit après l’assimilation du carbone à partir de la lumière solaire est une 3-.molécule de carbone ou l’acide 3-phosphoglycérique pour la production d’énergie sont appelées plantes C3, et la voie est appelée la voie C3. C’est le plus couramment utilisé par les plantes. |
Les plantes dans la zone tropicale, convertissent l’énergie de la lumière du soleil en molécule de carbone C4 ou acide oxaloacétique, ce qui a lieu avant le cycle C3 et ensuite il convertit encore en énergie, est appelé plantes C4 et la voie est appelée comme la voie C4. Cette voie est plus efficace que la voie C3. |
Les plantes qui stockent l’énergie du soleil puis la convertissent en énergie pendant la nuit suit le CAM ou acide crassulacé métabolisme. |
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| Cellules concernées | Cellules mésophylliennes. | Cellules mésophylliennes, cellules de la gaine des faisceaux. | Les deux C3 et C4 dans les mêmes cellules mésophylliennes. | ||||
| Exemple | Tournesol, épinard, haricot, riz, coton. | Sugarcane, Sorgho et Maïs. | Cacti, orchidées. | On peut l’observer dans | Toutes les plantes photosynthétiques. | Dans les plantes tropicales | Semi-arides. | Types de plantes utilisant ce cycle | Mésophytes, hydrophytes, xérophytes. | Mésophytes. | Xérophytes. |
| Photorespiration | Présente en taux élevé. | Pas facilement détectable. | Détectable l’après-midi. | Pour la production de glucose | 12 NADPH et 18 ATP sont nécessaires. | 12 NADPH et 30 ATP sont nécessaires. | 12 NADPH et 39 ATP sont nécessaires. | Premier produit stable | 3-phosphoglycérate (3-PGA). | Oxaloacétate (OAA). | Oxaloacétate (OAA) la nuit, 3 PGA le jour. | Cycle de Calvin opérant | seul. | Avec le cycle de Hatch et Slack. | C3 et le cycle Hatch and Slack. |
| Température optimale pour la photosynthèse | 15-25 °C | 30-40 °C | > 40 degrés °C | ||||
| Enzyme carboxylante | RuBP carboxylase. | Dans le mésophylle : PEP carboxylase. Dans la gaine des faisceaux : RuBP carboxylase. |
Dans l’obscurité : PEP carboxylase. En lumière : RUBP carboxylase. |
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| CO2 : ATP : NADPH2 ratio | 1:3:2 | 1:5:2 | 1:6,5:2 | ||||
| Accepteur initial de CO2 | Ribulose-1,5-biphophate(RuBP). | Phosphénolpyruvate (PEP). | Phosphénolpyruvate (PEP). | ||||
| Kranz Anatomy | Absent. | Present. | Absent. | ||||
| 30-70. | 6-10. | 0-5 dans l’obscurité. |
Définition d’une voie en C3 ou cycle de Calvin.
Les plantes en C3 sont dites de saison fraîche ou tempérée. Elles poussent mieux à une température optimale comprise entre 65 et 75°F avec une température du sol adaptée entre 40 et 45°F. Ces types de plantes montrent moins d’efficacité à haute température.
Le produit primaire des plantes C3 est l’acide 3-carbone ou acide 3-phosphoglycérique (PGA). Il est considéré comme le premier produit lors de la fixation du dioxyde de carbone. La voie C3 se complète en trois étapes : la carboxylation, la réduction et la régénération.
Les plantes C3 réduisent en le CO2 directement dans le chloroplaste. Avec l’aide de la ribulose biphosphate carboxylase (RuBPcase), les deux molécules d’acide 3-carbone ou acide 3-phosphoglycérique sont produites. Ce 3-phosphoglycérique justifie le nom de la voie comme C3.
Dans une autre étape, le NADPH et l’ATP phosphorylent pour donner du 3-PGA et du glucose. Puis le cycle recommence en régénérant le RuBP.
La voie C3 est le processus en une seule étape, se déroule dans le chloroplaste. Cet organite sert de stockage de l’énergie solaire. Sur l’ensemble des plantes présentes sur terre, 85 % utilisent cette voie pour la production d’énergie.
Les plantes C3 peuvent être pérennes ou annuelles. Elles sont hautement protéinées par rapport aux plantes C4. Les exemples de plantes C3 annuelles sont le blé, l’avoine et le seigle et les plantes pérennes sont les fétuques, le ray-grass et le dactyle. Les plantes C3 fournissent une plus grande quantité de protéines que les plantes C4.
Définition de la voie C4 ou voie Hatch et Slack.
Les plantes, surtout dans la région tropicale, suivent cette voie. Avant le cycle de Calvin ou C3, certaines plantes suivent la voie C4 ou Hatch and Slack. C’est un processus en deux étapes où l’acide oxaloacétique (OAA) qui est un composé à 4 carbones est produit. Cela se produit dans le mésophylle et la cellule de la gaine du faisceau présents dans un chloroplaste.
Lorsque le composé à 4 carbones est produit, il est envoyé à la cellule de la gaine du faisceau, ici la molécule à 4 carbones se divise ensuite en un dioxyde de carbone et le composé à 3 carbones. Finalement, la voie C3 commence à produire de l’énergie, où le composé à 3 carbones agit comme précurseur.
Les plantes C4 sont également connues comme des plantes de saison chaude ou tropicales. Elles peuvent être pérennes ou annuelles.La température parfaite pour la croissance de ces plantes est de 90-95°F. Les plantes C4 sont beaucoup plus efficaces pour utiliser l’azote et recueillir le dioxyde de carbone du sol et de l’atmosphère. La teneur en protéines est faible par rapport aux plantes C3.
Ces plantes ont tiré leur nom du produit appelé comme oxaloacétate qui est un acide à 4 carbones. Les exemples de plantes C4 pérennes sont l’herbe indienne, le bermudagrass, le switchgrass, le big bluestem et celui des plantes C4 annuelles sont les sudangrass, le maïs, le millet perlé.
Définition des plantes CAM
La remarque notable qui distingue ce processus des deux précédents est que dans ce type de photosynthèse, l’organisme absorbe l’énergie de la lumière solaire le jour et utilise cette énergie la nuit pour l’assimilation du dioxyde de carbone.
C’est une sorte d’adaptation au moment de la sécheresse périodique. Ce processus permet un échange de gaz la nuit lorsque la température de l’air est plus fraîche, et il y a une perte de vapeur d’eau.
Environ 10% des plantes vasculaires ont adapté la photosynthèse CAM mais on la retrouve principalement chez les plantes cultivées dans la région aride. Les plantes comme les cactus et les euphorbes en sont les exemples. Même les orchidées et les broméliacées, ont adapté cette voie en raison d’un approvisionnement irrégulier en eau.
Dans la journée, le malate se décarboxyle pour fournir du CO2 pour la fixation du cycle de Benson-Calvin dans les stomates fermés. La principale caractéristique des plantes CAM est une assimilation du CO2 la nuit en acide malique, stocké dans la vacuole. La PEP carboxylase joue le rôle principal dans la production de malate.
Différences clés des plantes C3, C4 et CAM.
Nous discutons ci-dessus de la procédure d’obtention de l’énergie de ces différents types, ci-dessous nous discuterons des différences clés entre les trois :
- La voie C3 ou les plantes C3 peuvent être définies comme ces sortes de plantes dont le premier produit après l’assimilation du carbone à partir de la lumière du soleil est une molécule à 3 carbones ou acide 3-phosphoglycérique pour la production d’énergie. Il est le plus couramment utilisé par les plantes ; tandis que les plantes des régions tropicales convertissent l’énergie solaire en molécule de carbone C4 ou en acide oxaloacétique, ce cycle a lieu avant le cycle C3 et ensuite, avec l’aide d’enzymes, il poursuit le processus d’obtention de nutriments, on parle de plantes C4 et de voie C4. Cette voie est plus efficace que la voie C3. D’autre part, les plantes qui stockent l’énergie du soleil le jour puis la convertissent en énergie la nuit suit le CAM ou métabolisme acide crassulacéen.
- Les cellules impliquées dans une voie C3 sont les cellules mésophiles et à celle de la voie C4 sont les cellules mésophiles, les cellules de la gaine du faisceau, mais le CAM suit à la fois C3 et C4 dans les mêmes cellules mésophiles.
- Un exemple de C3 sont le tournesol, les épinards, les haricots, le riz, le coton, tandis que l’exemple de plantes C4 est la canne à sucre, le sorgho et le maïs, et les cactus, les orchidées sont l’exemple de plantes CAM.
- C3 peut être vu dans toutes les plantes photosynthétiques, tandis que C4 est suivi par les plantes tropicales et CAM par les plantes de condition semi-aride.
- Les types de plantes utilisant le cycle C3 sont mésophytes, hydrophytes, xérophytes mais C4 est suivi dans les plantes mésophytes et Xérophytes suit CAM.
- La photorespiration est présente dans le taux le plus élevé alors qu’elle n’est pas facilement détectable dans le C4 et le CAM.
- 12 NADPH et 18 ATP dans le cycle C3 ; 12 NADPH et 30 ATP dans le C4 et 12 NADPH et 39 ATP sont nécessaires pour la production de glucose.
- Le 3-phosphoglycérate (3-PGA) est le premier produit stable de la voie C3 ; l’oxaloacétate (OAA) pour la voie C4 et l’oxaloacétate (OAA) la nuit, le 3 PGA le jour dans le CAM.
- La température optimale pour la photosynthèse en C3 est de 15-25 ° C ; 30-40 ° C chez les plantes C4 et > 40°C chez les CAM
- L’enzyme carboxylante est la RuBP carboxylase chez les plantes C3, mais chez les plantes C4 c’est la PEP carboxylase (dans le mésophylle) et la RuBP carboxylase (dans la gaine des faisceaux) tandis que chez les CAM c’est la PEP carboxylase (dans l’obscurité) et la RuBP carboxylase (à la lumière).
- CO2 : ATP : NADPH2 rapport 1:3:2 en C3, 1:5:2 en C4 et 1:6,5:2 en CAM.
- L’accepteur initial de CO2 est le Ribulose-1,5-biphophate(RuBP) dans une voie C3 et le Phosphoenolpyruvate (PEP) en C4 et CAM.
- L’anatomie de Kranz est présente dans la voie C4 uniquement, et elle est absente dans les plantes C3 et CAM.
- Le point de compensation du CO2 (ppm) est de 30 à 70 chez la plante C3 ; 6 à 10 chez la plante C4 et 0 à 5 dans l’obscurité chez la CAM.
Conclusion
Nous sommes tous conscients du fait que les plantes préparent leur nourriture, par le processus de photosynthèse. Elles transforment le dioxyde de carbone atmosphérique en nourriture végétale ou en énergie (glucose). Mais comme les plantes poussent dans un habitat différent, elles ont des conditions atmosphériques et climatiques différentes ; elles diffèrent dans le processus de gain d’énergie.
Comme dans le cas des voies C4 et CAM sont les deux adaptations survenues par sélection naturelle, pour la survie des plantes de haute température et de région aride. Nous pouvons donc dire que ce sont les trois méthodes biochimiques distinctes, des plantes pour obtenir de l’énergie et C3 est la plus commune d’entre elles.
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