C4-Pflanzen
Unterschied C3- und C4-Pflanzen
Bei C3-Pflanzen ist das erste tatsächlich messbare Produkt der Dunkelreaktion 3-Phosphoglygerat. Da dieses aus 3 Kohlenstoff (C) Atomen aufgebaut ist, werden Pflanzen mit dieser Kohlendioxid-Fixierung als C3-Pflanzen bezeichnet. Beispiele für C3 sind Weizen, Reis und Soja.
Dagegen gehören Zuckerrohr, Mais und Miscanthus zu den C4-Pflanzen. Bei C4-Pflanzen ist das erste fassbare Photosynthese-Produkt eine aus 4 C-Atomen aufgebaute Säure. Diese wird als Oxalessigsäure (Oxalacetat) bezeichnet und wird umgehend in andere C4-Körper wie Apfelsäure (Malat) umgewandelt (siehe Abbildung C4-Photosynthese).
Außerdem findet bei C4-Pflanzen die Dunkelreaktion der Photosynthese in 2 räumlich voneinander getrennten Zelltypen statt. Die Vorfixierung läuft in den Mesophyllzellen (Schwamm- und Palisadenzellen) ab (siehe Abbildung (2) Blattaufbau). In den Mesophyllzellen wird Kohlendioxid stofflich gebunden, Oxalacetat gebildet und dieses zu Malat umgewandelt. Malat wird in die Bündelscheidenzellen transportiert. Dort wird Kohlendioxid wieder abgespalten. Nur in den Bündelscheidenzellen läuft nun die eigentliche Dunkelreaktion (Calvinzyklus) ab.
Unter bestimmten Umweltbedingungen kann die Netto-Photosynthese-Leistung einer C4- deutlich über der einer C3-Pflanze liegen. Dies wird von der so genannten Photorespiration (Lichtatmung) verursacht (siehe Abbildung Photorespiration).
Die Photorespiration geht auf eine unerwünschte Nebenreaktion der RubisCO (Schlüsselenzym des Calvinzyklus) zurück. Neben der Fixierung von Kohlendioxid setzt RubisCO auch Sauerstoff um. Das daraus resultierende Produkt, muss von der Pflanze in energetisch aufwendigen Schritten wieder umgewandelt werden. Bei hohen Temperaturen kann bei C3-Pflanzen die Photorespiration bis auf 50% ansteigen. Bei C4-Pflanzen ist die Photorespiration unterdrückt bedingt durch die räumliche Trennung der lichtunabhängigen Reaktion. Bei C4 befindet sich RubisCO ausschließlich in den Bündelscheidenzellen. Dort ist die Sauerstoffkonzentration außerordentlich gering, wodurch die Nebenreaktion stark vermindert wird.
Quelle:
Straßburger, Lehrbuch der Botanik, 35. Auflage, 2002
Abb.1
Hier finden Sie in Kürze eine illustrierende Abbildung.
C4-Photosynthese: Die Vorfixierung von Kohlendioxid findet in den Mesophyllzellen statt. Malat wird in die Bündelscheidenzellen transportiert. Hier findet die eigentliche Dunkelreaktion über den Calvinzyklus statt.
