C4 karbon tutulumu mekanizması

C4 karbon tutulumu mekanizması

C₄ karbon tutulumu mekanizması veya C₄ bitkileri kara bitkilerinin fotosentezinde karbondioksiti bağlayan ve şeker oluşturan C3 karbon tutulumu mekanizması ve CAM bitkileri mekanizmaları gibi işleyen biyokimyasal mekanizmalardan biridir.

CAM fotosenteziyle birlikte C4 fiksasyonun, bitkilerin çoğunda görülen ve daha basit olan C3 mekanizmasından farklı olduğu anlaşılmıştır. Her iki mekanizmada (Kalvin döngüsünde oluşan ilk enzim) olan RuBisCO'nun fotorespirasyonu veya karbon bileşiklerinden CO₂'in oksijen kullanılarak kırılması oluşan enerjiyi harcamak içindir.

Yine de C4 fiksasyonu ATP formundaki enerji girişine C3'den daha çok ihtiyaç duyar. C4 bitkilerinde, rubisco mezofil hücrelerinde karbonu bağlayarak, oksaloasetatı ve malatı kullanarak atmosferik oksijenden ayırılır, bağlanmış karbonu rubiscoya taşınır ve Kalvin döngüsü enzimleri demet kını hücrelerinde izole edilir. Orta seviyeli bileşiklerin her ikisi de 4 karbon atomu içerir, bu yüzden de C4 olarak isimlendirilirler.

İşleyiş

C4 mekanizmasının işleyişi iki Avustralyalı araştırmacı M. D. Hatch ve C. R. Slack tarafından 1966'da bulunmuştur, mekanizma bu yüzden bazen Hatch-Slack yolu olarak adlandırılır.

C3 bitkilerinde fotosentezin karanlık devre reaksiyonları sırasında ilk adım olarak RuBisCo enzimiyle 3-fosfogliserat içinde CO₂ fiksasyonu yapılır. RuBisCo'nun karboksilaz / oksigenaz aktivitesiyle substrat miktarı enerji yok olması ve substrat ziyanıyla sonuçlanan ve fotorespirasyon olarak bilinen yola, karboksillenme oksitlenmeye tercih edilir. Fotorespirasyonu atlayan yolla C4 bitkileri CO₂'i RuBisCo enzimine etkileyici şekilde dağıtma yolunu geliştirmişlerdir.

C4 bitkilerinde iki fotosentez yolu birlikte çallıştığı için bu bitkilerin fotosentez kapasitesi fazladır. Oldukça düşük CO₂ yoğunluklarında ve stomaların kapalı olduğu durumlarda bile iyi fotosentez yapabilirler. C4 bitkilerinde CO₂'i yakalayan iki enzim bulunur. Metabolik yolunda;

• I. döngü: mezofil hücreleri ve kloroplastlarda,
• II. döngü: aynı yaprağın demet kını hücrelerinin kloroplastlarında gerçekleşir.

C4 bitkilerinde çok yüksek aktiviteye sahip olarak bulunan PEP karboksilaz enzimi CO₂'e çok duyarlıdır. Bu enzim substat olarak bikarbonat kullanır. PEP-karboksilazın bikarbonatla ilgisi RuBisCo enziminin CO₂'e olan ilgisinden çok fazladır. Bu yüzden bu enzim düşük CO₂ konsantrasyonlarında bile yüksek reaksiyon yapar. İşte bu yüzden C4 bitkilerinde çok düşük CO₂ derişimlerinde bile fotosentez hızı yüksektir.

Bu tür bitkilere örnek olarak; mısır, şeker kamışı, semiz otu, Sorghum ve Cyperus gösterilebilir.

C3 ve C4 bitkilerinin farkları

• C3 bitkilerinde tek fotosentez yolu bulunurken, C4 bitkilerinde 2 fotosentez yolu bulunur.
• C3 bitkilerinde CO₂'i ilk yakalayan ribuloz1,5difosfat, C4 bitkilerinde fosfoenol pirüvik asittir.
• C3 bitkilerinin tümü ışık solunumu yaparken, C4 bitkileri çok az ışık solunumu yaparlar.
• C4'de demet kını hücreleri bulunur, C3 bitkilerinin yapraklarında mezofil hücreleri vardır.
• C3 bitkilerinde oluşan ilk ürün 3-fosfogliserikasit, C4 bitkileirnde ise malik asittir.
• C4'de glikolat oksidaz enzimi ya yok ya da çok azdır. Bu verimi yükseltir.
• C3 bitkileri tüm angiospermler, gymnospermler ve dikotiledonların çoğudur; C4 bitkileri şeker pancarı gibi bazı dikotiller ve Graminae familyası üyeleri ve çoğu monokotil bitkileridir.
• Evcilleştiirlmiş, ekonomik yönden önemli tahılların birçoğu (buğday, arpa, çavdar, mısır, pirinç vs) C3 bitkiler sınıfındadır.