Растения научились фиксировать энергию фотонов в химических соединениях, которые им более удобно использовать в ходе жизнедеятельности. В литературе речь обычно идет о фиксации углерода, но чуть на более глубоком уровне это химическая фиксация энергии фотонов. Углеводы из растений – основа метаболизма всего животного Мира.
Примечательно, что растения научились по-разному «приручать» энергию солнечного света.
Растения в основной своей массе относят к С3 типу.
Углерод фиксируется ферментом РуБисКо, что инициирует цикл Кальвина приводит к образованию 3-углеродных 3-фосфоглицератов. Отсюда и название группы. К С3 типу относится большинство растений на Земле (85-95%).
Основная проблема этих растений – фотодыхание, когда растения вместо углекислого газа начинают использовать кислород, что сопряжено с потерями энергии и субстрата. Тепло усиливает эти термодинамические потери. Эти потери не мешали развиваться растениям в климатах с достаточной влажностью и избытком СО2 в воздухе.
C4 – альтернативный и более поздний способ фиксации углерода и энергии. Он требует меньше углекислого газа (источника углерода) и водорода, но требует большего количества солнечной энергии.
С4 растения в мезофилле проводят первичную фиксацию СО2 в виде отрицательно заряженного гидрокарбоната НС3О, что почти исключает побочную реакцию с кислородом. Заметно снижая потери от фотодыхания. «На выходе» из мезофилл мы получаем оксалоацетат и фиксацию углерода в 4-углеродных молекулах вроде малата. И уже 4-углеродные молекулы попадают в обкладку пучка, где попадают в цикл Кальвина.
С4 растения потребляют меньше углекислого газа, защищены от побочных реакций с кислородом благодаря «двухкамерной» системе. При этом подобный метаболизм, естественно, более затратен по энергии (нужно больше АТФ) и требует большего количества солнечного света и тепла. Поэтому С4 растения процветают в жарких и сухих климатах.
В итоге С4 более эффективно осуществляют фотосинтез и менее чувствительные к источнику углерода (углекислому газу), «отфильтровывают» побочные реакции с кислородом, но более чувствительны к количество солнечного света.
Растения и дейтерий
Как я уже писал ранее, в том числе дейтерий как изотоп водорода влияет на наш метаболизм. Большая масса в 2 раза очень много значит для молекулярных реакций, вращения АТФ-синтазы и квантовых процессов вроде туннелинга.
ВАЖНО! Ранее я ошибался, говоря, что в С4 растениях дейтерия меньше. Ровно наоборот, они хуже очищаются от дейтерия [1].
Изначально я планировал финализировать заметку тем, какие растения лучше употреблять: C3, C4 или CAM. И почему-то я был убежден, что в С4 дейтерия меньше. Но при проверке это оказалось моей ошибкой.
Поэтому получается отсылка к прошлой заметке. Лето и солнце – ускоренный синтез, зима – замедление метаболизма. А С4 (кукуруза, просо, сорго) еще хуже в плане концентрации дейтерия пшеница, риса и других С3 растений.
Источники:
- Hydrogen-isotope composition of leaf water in C3 and C 4 plants: its relationship to the hydrogen-isotope composition of dry matter;
- Systematic Comparison of C3 and C4 Plants Based on Metabolic Network Analysis
- Temperature response of photosynthesis in C3, C4, and CAM plants: temperature acclimation and temperature adaptation
- C3, C4, and CAM plants
- Difference between C3 and C4 cycle (C3 vs C4 cycle)
- Stable Isotope Ratios as Biomarkers of Diet for Health Research
- A global database of C4 photosynthesis in grasses
- http://www.cignaturehealth.com/wp-content/uploads/2017/02/Report_000x_YYYY_MMDD_Samples_Row01_Row04_NameMF.pdf