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C3植物とC4植物の光合成機構の相違をある程度詳しく教えてください!

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A 回答 (1件)

 葉の葉脈の維管束は維管束鞘と呼ばれる1層の細胞層に取り囲まれています。


 C3型植物の場合、この維管束鞘細胞の中に葉緑体が存在しないのに対して、C4型植物では維管束鞘細胞内にも葉緑体が多数存在しています。
 又、C4型植物の場合、更に維管束鞘の外側を葉肉細胞が取り囲んでいて、その様子が花環の様である事からKranz(クランツ)構造と呼ばれる構造が見られますが、C3型植物には、その様な構造がありません。
 C3型植物とC4型植物の双方共、光合成(炭酸同化作用)においては、カルビン・ベンソン回路と呼ばれる一連の化学反応によって、二酸化炭素と水から糖を合成しています。
 C4型植物の最大の特徴は、葉肉細胞内でエネルギー(二酸化炭素1分子あたりATP2分子分)を消費して、ハッチ・スラック回路と呼ばれる一連の化学反応を行う事で、大気中には0.038%しか含まれていない二酸化炭素を濃縮してから、維管束鞘細胞内で行われるカルビン回路(C3型植物では葉肉細胞内で行われる)に送り込むという点です。
 反応に使われる二酸化炭素(炭酸)の濃度を高める事で、化学反応の速度が速くなるため、C4型植物はC3型植物と比べて、二酸化炭素から糖を合成する速度が向上します。(2倍になると言う説もあります)
 言うなれば、C3型植物は自然吸気エンジンで、C4型植物はスーパーチャージャー付エンジンと言った処です。
 C4型植物の間にも、二酸化炭素を濃縮するための化学反応の経路の違いによって、NADP-ME型、NAD-ME型、PEP-CK型、等の数タイプに分かれています。
 例えばNADP-ME(ニコチン酸アミドアデニンジヌクレオチド燐酸-林檎酸酵素)型は、維管束鞘細胞から放出されたピルビン酸を原料にして、葉肉細胞内でATP(アデノシン三燐酸)がAMP(アデノシン一燐酸)に変わる際に生じるエネルギーと燐酸を利用して、ピルビン酸正燐酸ジキナーゼという酵素の働きで、ホスホエノールピルビン酸に変えます。
 ホスホエノールピルビン酸はホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼという酵素の働きで、二酸化炭素と結合して燐酸を放出し、オキサロ酢酸に変わります。
 この二酸化炭素が反応して最初に生じる物質が、オキサロ酢酸という、1分子中に炭素原子を4個持つ物質である事から、この様な光合成を行う植物の事をC4型植物と呼びます。
 オキサロ酢酸は、林檎酸デヒドロゲナーゼという酵素の働きで、NADPH(還元型NADP)やヒドロニウムイオン(水素イオン)から水素を受け取って、林檎酸になり、NADPHはNADP+(ニコチン酸アミドアデニンジヌクレオチド燐酸イオン)になります。
 林檎酸は、拡散により葉肉細胞から維管束鞘細胞に移動し、そこで林檎酸酵素の働きで、林檎酸とNADP+が反応して、二酸化炭素を放出し、ピルビン酸とNADPHになると共に、二酸化炭素(炭酸)を放出します。
 そして、ピルビン酸は拡散により葉肉細胞に移動して、再びホスホエノールピルビン酸の原料になります。
 こうして維管束鞘細胞に濃縮された二酸化炭素は、リブロースビス燐酸カルボキシラーゼという酵素の働きで、カルビン・ベンソン回路を構成する物質の1つであるRuBP(リブロース-1,5-ビス燐酸)と反応して、2分子のPGA(3-ホスホグリセリン酸)となり、カルビン・ベンソン回路に入ります。
 カルビン・ベンソン回路で、二酸化炭素が反応して最初に生じる物質が、PGAという、1分子中に炭素原子を3個持つ物質である事から、カルビン・ベンソン回路のみで光合成を行う植物の事をC3型植物と呼びます。
 二酸化炭素と最初に反応する物質であるRuBPとホスホエノールピルビン酸を比べると、ホスホエノールピルビン酸の方が二酸化炭素と結合し易いため、ホスホエノールピルビン酸を使うC4植物の方が、より多くの二酸化炭素を集める事が出来るのです。

【参考URL】
 光合成の森 > 光合成質問箱 > 光合成FAQ > Q3:C4型の光合成の特徴は何ですか?
  http://www.photosynthesis.jp/faq/faq3-3.html

 C4型光合成 - Wikipedia
  http://ja.wikipedia.org/wiki/C4%E5%9E%8B%E5%85%8 …

 臨床化学への招待 > C4型光合成
   http://kagaku.ukaru.info/610/620/640/ent5937.html

 C4 photosynthesis
  http://hwm5.gyao.ne.jp/y4c4c/
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QC3型植物とC4型植物について

C3型植物とC4型植物とは具体的にどのような植物を指すのでしょうか?
また,どのようにして分けられているのですか?素人にもわかるように教えていただけたらと思います.また,良い本などがあれば教えて下さい.

Aベストアンサー

juni602さんは農学系や理学系ということではないということですネ。でも,中々マニアックなご質問といえるかも‥

C3型植物はほとんどの植物(約9割の植物)がそれに含まれますネ。
C4型植物の例としてはトウモロコシ,サトウキビ,シバというところでしょうか。

植物が光合成によって栄養を作り出しているということはご存知のことと思います。
この光合成は二酸化炭素を元にしているのですが,二酸化炭素からどのような物質が初めに作られるかによって分類する方法が,このC3型光合成とC4型光合成なのですネ。
C3型光合成を行なう植物群をC3型植物
C4型光合成を行なう植物群をC4型植物
としています。
C3型光合成というのは二酸化炭素から炭素の数が3個の3-ホスホグリセリン酸が合成されます。
C4型光合成というのは二酸化炭素から炭素の数が4個のオキザロ酢酸が合成されます。
これらのほかにCAM型光合成という特殊な光合成を行なう植物群もありますネ。夜間に二酸化炭素を吸ってリンゴ酸などの形で蓄え,昼間にそれを分解してできる二酸化炭素を利用するという形で,サボテンなどの多肉植物やパイナップルなどに見られるものですネ。

覚えているのはこの辺りまでです‥
こんなところでご理解いただけますでしょうか?
書籍については‥残念ながら存じません。
以上kawakawaでした

juni602さんは農学系や理学系ということではないということですネ。でも,中々マニアックなご質問といえるかも‥

C3型植物はほとんどの植物(約9割の植物)がそれに含まれますネ。
C4型植物の例としてはトウモロコシ,サトウキビ,シバというところでしょうか。

植物が光合成によって栄養を作り出しているということはご存知のことと思います。
この光合成は二酸化炭素を元にしているのですが,二酸化炭素からどのような物質が初めに作られるかによって分類する方法が,このC3型光合成とC4型光合...続きを読む

Qアミノ酸のL型、D型の区別そ仕方

****CH3
****|
 H2N─ C─COOH
****|
****H 

上の構造式はアラニンですが、これがL型かD型かを判断するのに困っています。
定義では不斉炭素を中心にカルボキシル基を上に書いた場合に、アミノ基が左側にくるのがL型です。しかしこの定義のまま動かしてみると、

   COOH
****|
 CH3─ C─H
****|
****NH2
このようにアミノ基が下になってしまうため、判断に困っています。
アドバイスをお願いいたします。

(注意!:記号*は構造式を書くときに軸をそろえるために付けたものです。)

Aベストアンサー

D型とかL型というのは光学異性体を区別するための記号です。グリシン以外のアミノ酸の場合は、中心の炭素原子に4つの異なる基が結合しているために光学異性が生じます。

炭素原子の4つの単結合は、正四面体の中心に炭素原子があるとすると、正四面体の4つの頂点の方向に向かっています。つまり、実際の形は構造式に描かれるような十字型ではないのです。
(参考)
http://www.geocities.com/yoshihitoshigihara/isei.htm

さて、ご質問のようにアミノ酸の構造式を十字型に描いてある場合は、なんとなく描いてあるのではなく、意味があります。これはフィッシャー投影式といいます。

フィッシャー投影式では、「左右の結合は紙面より手前に出ている」「上下の結合は紙面の向こう側に出ている」というのがルールです。このルールにより、正四面体型の構造を、紙面で表示できます。

アミノ酸をフィッシャー投影式で描いた場合、上にカルボキシル基、下に側鎖を書いたときに、左にアミノ基が来るのがL型、右にアミノ基が来るのがD型です。

では、「上にカルボキシル基、下に側鎖」となっていないときに、どうするかです。フィッシャー投影式のルールから考えると、ご質問のように90度回転させてはいけません。90度回転させると、「紙面の手前」と「紙面の向こう」が逆になりますから、D型がL型に、L型がD型に変わってしまいます。
(180度の回転はOKです)

どうすればよいのかといえば、できることは次の2つです。
(1)3つの基を循環的に入れ替える(いわゆる三角トレード)。
(2)二組の2つの基を、両方同時に入れ替える。

ご質問の上のフィッシャー投影式ですと、上の(1)を適用して、「COOHを上に移動、CH3を下に移動、Hを右に移動」という形で循環的に入れ替えると、左にアミノ基が来てL型であることがわかります。

よくわからなかったら、分子模型を作ってみるとよいと思います。

D型とかL型というのは光学異性体を区別するための記号です。グリシン以外のアミノ酸の場合は、中心の炭素原子に4つの異なる基が結合しているために光学異性が生じます。

炭素原子の4つの単結合は、正四面体の中心に炭素原子があるとすると、正四面体の4つの頂点の方向に向かっています。つまり、実際の形は構造式に描かれるような十字型ではないのです。
(参考)
http://www.geocities.com/yoshihitoshigihara/isei.htm

さて、ご質問のようにアミノ酸の構造式を十字型に描いてある場合は、なんとなく...続きを読む

QC4植物の光飽和点と最適温度がC3植物より高いのはなぜですか?

C4植物の光飽和点と最適温度がC3植物より高いのはなぜですか?

Aベストアンサー

参考になりますかね。

http://cse.naro.affrc.go.jp/yyoshi/c4feature.html

C4植物の光合成速度の最適温度は、C3植物より高い
に、「最適温度が異なる生化学的な理由は、ちまたの文献には、見つけることができませんでした。」という記述と、著者の考察が書かれています。


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