Задача 32

С₄-путь (цикл Хетча-Слэка-Карпилова), отличается присутствием дополнительной начальной стадии – фиксации СО₂ в составе оксалоацетата (4С). Эту реакцию катализирует ФЕП-карбоксилаза - более активный фермент, чем рибулозо-дифосфат-карбоксилаза. Но этот путь требует дополнительных стадий и затрат энергии: на фиксацию 1 СО₂ затрачивается 5АТФ вместо 3-х в С₃-пути. Однако С₄-растения (кукуруза, сахарный тростник, сорго, многие сорняки) растут гораздо быстрее, чем С₃-растения (пшеница, рожь, овес, рис и др.). Объясните почему?

Ответ: Причина в фотодыхании – расточительном процессе, характерном только для С₃-растений. Это происходит за счет оксигеназной активности рибулозодифосфаткарбоксилазы. О₂ конкурирует с СО₂ за активный центр карбоксилазы, в результате чего часть рибулозодифосфата превращается в фосфогликолат. Этого не происходит у С₄-растений, т.к. большинство из них произошли из тропических стран, где высокое испарение влаги заставило выработать механизм закрывания устьиц, через которые ткани вентилируются газами в самые жаркие часы дня (при максимальном солнечном освещении). С₄-растения запасают СО₂ в составе малата или аспартата (образуются из ЩУК в цикле Хетча-Слэка-Карпилова), а затем расходуют по мере надобности. В этом случае концентрация СО₂ всегда высокая и отсутствует конкуренция с О₂, т.к. он поступает в клетки в ограниченном количестве при закрывании устьиц.