Vergleich von C3-, C4- und CAM-Pflanzen

Diese Seite bietet eine detaillierte C3 C4 CAM-Pflanzen Vergleich Tabelle, die die wichtigsten Unterschiede zwischen diesen Pflanzentypen aufzeigt.

Highlight: Die Hauptunterschiede zwischen C3-, C4- und CAM-Pflanzen liegen in ihrem Blattaufbau, dem ersten fassbaren Produkt der CO2-Fixierung, dem Temperaturoptimum und ihrem Wasserbedarf.

C3-Pflanzen:

• Haben einen Schichttyp-Blattaufbau
• Nutzen Rubisco zur CO2-Fixierung
• Haben ein Temperaturoptimum von 15-25°C
• Kommen in gemäßigten Klimazonen vor

C4-Pflanzen:

• Weisen einen Kranztyp-Blattaufbau auf
• Verwenden zuerst PEP-Carboxylase und dann Rubisco zur CO2-Fixierung
• Haben ein höheres Temperaturoptimum von 30-45°C
• Sind an trockenheiße Standorte angepasst

Vocabulary: PEP-Carboxylase ist ein Enzym, das bei C4-Pflanzen die erste CO2-Fixierung katalysiert und eine höhere Affinität für CO2 hat als Rubisco.

CAM-Pflanzen:

• Haben dicke Blätter mit einer dicken Kutikula
• Fixieren CO2 nachts als Apfelsäure/Malat
• Sind an extremen Wassermangel angepasst
• Zeigen einen diurnalen Säurerhythmus

Definition: Der diurnale Säurerhythmus bei CAM-Pflanzen beschreibt die tageszeitliche Schwankung des Säuregehalts in den Blättern aufgrund der nächtlichen CO2-Fixierung und der tagsüber stattfindenden Decarboxylierung.

Die Zellatmung

Die Zellatmung ist ein Prozess, bei dem Glucose und Sauerstoff, die Produkte der Fotosynthese, zur Energiegewinnung genutzt werden. Der Prozess läuft in mehreren Schritten ab:

1. Glykolyse (im Zellplasma):
   • Ein Glucose-Molekül wird mit Phosphat-Gruppen aktiviert
   • Der C6-Körper wird in zwei C3-Körper gespalten
   • ATP und NADH+H+ werden gebildet

Highlight: Die Nettogleichung der Glykolyse lautet: C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 C3 + 2 $NADH+H+$ + 2 ATP

2. Oxidative Decarboxylierung (in der Mitochondrienmatrix):
   • Brenztraubensäure gelangt in die Matrix des Mitochondriums
   • Ein C-Atom wird als CO2 abgespalten
   • Es entsteht ein C2-Körper $Acetyl-Coenzym A$
   • Der C2-Körper bindet sich mit Oxalessigsäure zu Zitronensäure

Vocabulary: Oxidative Decarboxylierung ist der Prozess, bei dem Pyruvat zu Acetyl-CoA umgewandelt wird, wobei CO2 freigesetzt wird.

Diese Prozesse bilden die Grundlage für den anschließenden Citratzyklus und die Atmungskette, die zur Produktion von ATP führen.

Die Zellatmung

Der Prozess der Zellatmung umfasst mehrere Schritte, beginnend mit der Glykolyse im Zellplasma:

Definition: Die Glykolyse ist der erste Schritt der Zellatmung, bei dem Glucose zu Pyruvat abgebaut wird.

Highlight: Bei der oxidativen Decarboxylierung wird Brenztraubensäure in der Mitochondrienmatrix weiterverarbeitet.

Example: Die Entstehung von ATP erfolgt durch Übertragung von Phosphat-Gruppen auf ADP.

Spaltöffnungsbewegungen

Der Spaltöffnungsapparat reguliert den Gasaustausch der Pflanze:

Definition: Der Stomakomplex besteht aus Spalt, Schließzellenpaar und Nebenzellen.

Highlight: Die Schließzellen enthalten Chloroplasten mit Stärkevorräten und haben ungleich verdickte Zellwände.

Example: Der Öffnungsmechanismus wird durch verschiedene Reize wie Lichteinstrahlung und Temperatur gesteuert.

Lichtunabhängige Reaktion und Calvin-Zyklus

Die lichtunabhängige Reaktion der Fotosynthese, auch als Calvin-Zyklus bekannt, findet im Stroma der Chloroplasten statt. Hier wird Glucose unter Verwendung von Kohlenstoffdioxid gebildet.

Definition: Der Calvin-Zyklus ist der Prozess, bei dem CO2 in organische Verbindungen umgewandelt wird, unter Verwendung von ATP und NADPH aus der Lichtreaktion.

Der Calvin-Zyklus läuft in drei Phasen ab:

1. Kohlenstofffixierung
2. Reduktion und Glucosebildung
3. Regeneration des CO2-Akzeptors

Highlight: Die Nettogleichung des Calvin-Zyklus lautet: 6 CO2 + 12 NADPH + 18 ATP → C6H12O6 + 6 H2O + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi

C4-Pflanzen haben eine besondere Anpassung entwickelt, um CO2 effizienter zu fixieren. Sie nutzen räumlich getrennte Reaktionen in Mesophyllzellen und Bündelscheidenzellen.

Vocabulary: Mesophyllzellen sind das Grundgewebe der Blätter, in dem bei C4-Pflanzen die erste CO2-Fixierung stattfindet.

CAM-Pflanzen haben eine zeitliche Trennung der CO2-Fixierung entwickelt. Sie nehmen nachts CO2 auf und speichern es als Malat, um es tagsüber im Calvin-Zyklus zu verwenden.

Example: Kakteen sind typische CAM-Pflanzen, die an extreme Trockenheit angepasst sind.