C3 和 C4 周期之间的差异
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主要区别 – C3 与 C4 周期
C3 和 C4 循环是两种类型的循环反应，作为光合作用的暗反应而发生。光合作用是使用阳光作为能源生产简单的有机分子、无机分子的葡萄糖、二氧化碳和水。在光合作用期间，光反应之后是暗反应。 C3循环也称为 卡尔文循环，而 C4 循环被称为 孵化-松弛循环.这 主要区别 C3和C4循环之间是这些反应产生的第一个稳定化合物； 在 C3 循环中产生的第一个稳定化合物是一种称为 3-磷酸甘油酸 (PGA) 的三碳化合物 然而 在 C4 循环中产生的第一个稳定化合物是一种称为草酰乙酸 (OAA) 的四碳化合物。
本文探讨，
1.什么是C3循环 – 特性、过程、功能 2.什么是C4循环 – 特性、过程、功能 3、C3和C4周期有什么区别
什么是 C3 循环
C3循环是光合作用暗反应中可以发生的两种反应途径之一。它发生在所有植物中。在 C3 循环中观察到三个步骤。在第一步中，二氧化碳被固定在核酮糖 1, 5-二磷酸酯中，形成不稳定的六碳化合物，然后水解成三碳化合物，3-磷酸甘油酸酯。二氧化碳固定由酶 rubisco 催化，该酶存在于叶绿体类囊体膜的基质表面。二氧化碳的固定是 C3 循环的限速步骤。由于酶 rubisco 的催化缺陷，该酶通过称为光呼吸的过程与分子氧反应。 C3 循环的第一步每固定一次二氧化碳就会形成两个 3-磷酸甘油酸分子。在第二步中，一分子 3-磷酸甘油酸被还原，形成三种类型的磷酸己糖：果糖 6-磷酸、葡萄糖 6-磷酸和葡萄糖 1-磷酸。剩余的 3-磷酸甘油酸被回收，形成核酮糖 1, 5-二磷酸。 C3循环如图1所示。
图 1：C3 循环
什么是C4循环
C4循环是光合作用暗反应中发生的另一条反应途径。这些植物生长在炎热干燥的环境中，如甘蔗、玉米和马唐，在光合作用过程中利用 C4 途径。这些植物的气体交换气孔在一天中的大部分时间都保持关闭，以减少干燥和炎热条件下水分的过度流失。因此，植物叶片内的二氧化碳浓度也随着 C3 循环的进行而降低。当二氧化碳浓度低时，光呼吸增强，光合作用效率降低。为了提高干热条件下的光合作用效率，这些 C4 植物进行 C4 循环。
C4 循环涉及两种类型的细胞：叶肉细胞和束鞘细胞。叶的血管组织被束鞘细胞包围。克兰茨解剖学描述了 C4 植物叶的结构。磷酸烯醇丙酮酸与叶肉细胞中的二氧化碳反应，形成草酰乙酸，这是一种四碳化合物。该反应由对氧不敏感的磷酸烯醇丙酮酸羧化酶催化。然后将草酰乙酸还原为苹果酸，然后将其转移到束鞘细胞中。在束鞘细胞中，苹果酸通过去除二氧化碳而脱羧，进入 C3 循环。 C4循环如图2所示。
图 2：C4 循环
C3 和 C4 周期之间的差异
第一稳定化合物
C3周期： 在 C3 循环中产生的第一个稳定化合物是一种称为 3-磷酸甘油酸的三碳化合物。
C4周期： 在 C4 循环中产生的第一个稳定化合物是一种四碳化合物，称为草酰乙酸。
第一次观察
C3周期： C3 循环首先由 Melvin Calvin 观察到。
C4周期： C4 循环首先由 Hatch 和 Slack 观察到。
替代名称
C3周期： C3循环称为卡尔文循环。
C4周期： C4 循环称为 Hatch-Slack 循环。
在场
C3周期： C3循环存在于所有植物中。
C4周期： C4 循环仅存在于高粱和玉米等 C4 植物中。
初级二氧化碳受体
C3周期： 主要的二氧化碳受体是一种五碳化合物，即磷酸核酮糖 (RUBP)。
C4周期： 主要的二氧化碳受体是一种三碳化合物，即磷酸烯醇丙酮酸 (PEP)。
羧化酶
C3周期： C3植物中的羧化酶是Rubisco。
C4周期： 羧化酶是PEP羧化酶和Rubisco。
碳固定
C3周期： 单个碳固定发生在 C3 循环中。
C4周期： 双碳固定发生在 C4 循环中。
碳固定效率
C3周期： 在 C3 循环中固碳效率较低且缓慢。
C4周期： C4循环中固碳效率更高，速度更快。
固碳要求
C3周期： 单个碳分子的固定需要 3 个 ATP 和 2 个 NADH。
C4周期： 单个碳固定的固定需要 5 个 ATP 和 3 个 NADH。
叶绿体的类型
C3周期： 粒状叶绿体参与 C3 循环。
C4周期： 颗粒状和无颗粒状叶绿体参与 C4 循环。
叶中的克兰兹解剖学
C3周期： 在 C3 植物的叶子中不存在 Kranz 解剖结构。
C4周期： Kranz 解剖结构存在于 C4 植物的叶子中。
细胞
C3周期： C3循环由叶肉细胞进行。
C4周期： C4 循环由叶肉细胞和束鞘细胞共同完成。
最佳温度
C3周期： C3循环的最佳温度为20-25摄氏度。
C4周期： C4循环的最佳温度为30-45摄氏度。
在非常低的二氧化碳浓度下
C3周期： C3 循环无法在非常低的二氧化碳浓度下进行。
C4周期： C4 循环可以在非常低的二氧化碳浓度下进行。
氧气的作用
C3周期： C3循环被氧气抑制。
C4周期： C4循环没有观察到c4循环的抑制。
阳光
C3周期： C3循环可以被阳光饱和。
C4周期： C4 循环不会因阳光而饱和。
光呼吸
C3周期： 在 C3 循环中观察到相当数量的光呼吸。
C4周期： 在 C4 循环中观察到的光呼吸量可以忽略不计。
结论
C3 和 C4 循环是光合作用过程中发生的两种暗反应。 C3 循环在 20-25 摄氏度的所有植物中发生，而 C4 循环仅在 30-45 摄氏度的 C4 植物中发生。在 C3 循环期间，观察到单个碳固定事件，而在 C4 循环期间，观察到两个碳固定事件。光呼吸发生在 C3 循环期间，但在 C4 循环期间发生的光呼吸量可忽略不计。与 C4 循环的效率相比，C3 循环的效率较低。 C3 和 C4 循环之间的主要区别在于每个循环中产生的第一个稳定化合物中的碳数。
参考：1. Berg, Jeremy M.“卡尔文循环从二氧化碳和水合成己糖。”生物化学。第 5 版。美国国家医学图书馆，1970 年 1 月 1 日。Web。 2017 年 4 月 16 日。2. 哈维洛迪什。 “光合作用期间的二氧化碳代谢。”分子细胞生物学。第 4 版。美国国家医学图书馆，1970 年 1 月 1 日。Web。 16
图片提供：1. Mike Jones 的“Calvin-cycle4” – 通过 Commons Wikimedia 自己的作品 (CC BY-SA 3.0) 2. HatchSlackpathway.svg 的“HatchSlackpathway2”：*HatchSlackpathway.png：腺苷衍生物作品：Jamousederivative 作品：腺苷（谈话）– HatchSlackpathway.svg（CC BY-SA 2.5）来自Commons Wikimedia
