IntroductionHigh crop yields are pr

Introduction

High crop yields are pretty important—for keeping people fed, and also for keeping economies running. If you heard there was a single factor that reduced the yield of wheat by 20\%20%20, percent and the yield of soybeans by 36\%36%36, percent in the United States, for instance, you might be curious to know what it was^1
​1
​​ start superscript, 1, end superscript.
As it turns out, the factor behind those (real-life) numbers is photorespiration. This wasteful metabolic pathway begins when rubisco, the carbon-fixing enzyme of the Calvin cycle, grabs ext O_2O
​2
​​ O, start subscript, 2, end subscript rather than ext {CO}_2CO
​2
​​ C, O, start subscript, 2, end subscript. It uses up fixed carbon, wastes energy, and tends to happens when plants close their stomata (leaf pores) to reduce water loss. High temperatures make it even worse.
Some plants, unlike wheat and soybean, can escape the worst effects of photorespiration. The ext {C}_4C
​4
​​ C, start subscript, 4, end subscript and CAM pathways are two adaptations—beneficial features arising by natural selection—that allow certain species to minimize photorespiration. These pathways work by ensuring that Rubisco always encounters high concentrations of ext{CO}_2CO
​2
​​ C, O, start subscript, 2, end subscript, making it unlikely to bind to ext O_2O
​2
​​ O, start subscript, 2, end subscript.
In the rest of this article, we'll take a closer look at the ext C_4C
​4
​​ C, start subscript, 4, end subscript and CAM pathways and see how they reduce photorespiration.
ext C_3C
​3
​​ C, start subscript, 3, end subscript plants

A "normal" plant—one that doesn't have photosynthetic adaptations to reduce photorespiration—is called a ext {C}_3C
​3
​​ C, start subscript, 3, end subscript plant. The first step of the Calvin cycle is the fixation of carbon dioxide by rubisco, and plants that use only this "standard" mechanism of carbon fixation are called ext C_3C
​3
​​ C, start subscript, 3, end subscript plants, for the three-carbon compound (3-PGA) the reaction produces^2
​2
​​ start superscript, 2, end superscript. About 85\%85%85, percent of the plant species on the planet are ext C_3C
​3
​​ C, start subscript, 3, end subscript plants, including rice, wheat, soybeans and all trees.

Image of the C3 pathway. Carbon dioxide enters a mesophyll cell and is fixed immediately by rubisco, leading to the formation of 3-PGA molecules, which contain three carbons.
ext C_4C
​4
​​ C, start subscript, 4, end subscript plants

In ext C_4C
​4
​​ C, start subscript, 4, end subscript plants, the light-dependent reactions and the Calvin cycle are physically separated, with the light-dependent reactions occurring in the mesophyll cells (spongy tissue in the middle of the leaf) and the Calvin cycle occurring in special cells around the leaf veins. These cells are called bundle-sheath cells.
To see how this division helps, let's look at an example of ext C_4C
​4
​​ C, start subscript, 4, end subscript photosynthesis in action. First, atmospheric ext {CO}_2CO
​2
​​ C, O, start subscript, 2, end subscript is fixed in the mesophyll cells to form a simple, 444-carbon organic acid (oxaloacetate). This step is carried out by a non-rubisco enzyme, PEP carboxylase, that has no tendency to bind ext O_2O
​2
​​ O, start subscript, 2, end subscript. Oxaloacetate is then converted to a similar molecule, malate, that can be transported in to the bundle-sheath cells. Inside the bundle sheath, malate breaks down, releasing a molecule of ext {CO}_2CO
​2
​​ C, O, start subscript, 2, end subscript. The ext {CO}_2CO
​2
​​ C, O, start subscript, 2, end subscript is then fixed by rubisco and made into sugars via the Calvin cycle, exactly as in ext C_3C
​3
​​ C, start subscript, 3, end subscript photosynthesis.

In the C4 pathway, initial carbon fixation takes place in mesophyll cells and the Calvin cycle takes place in bundle-sheath cells. PEP carboxylase attaches an incoming carbon dioxide molecul to the three-carbon molecule PEP, producing oxaloacetate (a four-carbon molecule). The oxaloacetate is converted to malate, which travels out of the mesophyll cell and into a neighboring bundle-sheath. Inside the bundle sheath cell, malate is broken down to release CO_2
​2
​​ start subscript, 2, end subscript, which then enters the Calvin cycle. Pyruvate is also produced in this step and moves back into the mesophyll cell, where it is converted into PEP (a reaction that converts ATP and Pi into AMP and PPi).
This process isn't without its energetic price: ATP must be expended to return the three-carbon “ferry” molecule from the bundle sheath cell and get it ready to pick up another molecule of atmospheric ext {CO}_2CO
​2
​​ C, O, start subscript, 2, end subscript. However, because the mesophyll cells constantly pump ext{CO}_2CO
​2
​​ C, O, start subscript, 2, end subscript into neighboring bundle-sheat

Kết quả (Việt) 2:

Giới thiệu

sản lượng thu hoạch cao là khá quan trọng, để giữ cho mọi người ăn, và cũng để giữ cho nền kinh tế chạy. Nếu bạn nghe nói có một yếu tố duy nhất làm giảm năng suất của lúa mì 20 \% 20% 20, phần trăm và sản lượng đậu tương của 36 \% 36% 36 phần trăm ở Hoa Kỳ, ví dụ, bạn có thể tò mò muốn biết nó là gì ^ 1
1
bắt đầu superscript, 1, cuối superscript.
Khi nó quay ra, các yếu tố đằng sau những con số (đời thực) là hô hấp sáng. Con đường trao đổi chất lãng phí này bắt đầu khi rubisco, enzyme carbon-sửa chữa của chu trình Calvin, lấy text O_2O
2
O, bắt đầu subscript, 2, cuối subscript hơn text {CO} _2CO
2
C, O , bắt đầu subscript, 2, cuối subscript. Nó sử dụng lên carbon cố định, chất thải năng lượng, và có xu hướng xảy ra khi các nhà máy đóng lỗ khí của họ (lỗ chân lông lá) để giảm sự mất nước. Nhiệt độ cao làm cho nó thậm chí còn tồi tệ hơn.
Một số nhà máy, không giống như lúa mì và đậu tương, có thể thoát khỏi những tác động tồi tệ nhất của hô hấp sáng. Các text {C} _4C
4
C, bắt đầu subscript, 4, cuối subscript và con đường CAM là hai tính năng thích nghi có lợi phát sinh bởi sự chọn lọc tự nhiên, mà cho phép loài nhất định để giảm thiểu hô hấp sáng. Những con đường làm việc bằng cách đảm bảo rằng Rubisco luôn gặp nồng độ cao của text {CO} _2CO
2
C, O, bắt đầu subscript, 2, cuối subscript, làm cho nó khó để ràng buộc để text O_2O
2
O, đầu subscript, 2, cuối subscript.
trong phần còn lại của bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét kỹ hơn các C_4C text
4
C, bắt đầu subscript, 4, cuối subscript và con đường CAM và xem cách họ làm giảm hô hấp sáng.
văn bản C_3C
3
C, bắt đầu subscript, 3, nhà máy cuối subscript

A "bình thường" nhà máy-một trong đó không có sự thích ứng quang hợp để giảm hô hấp sáng-được gọi là text {C} _3C
3
C, bắt đầu subscript, 3, cuối cây subscript. Bước đầu tiên của chu trình Calvin là bản định hình của carbon dioxide rubisco, và các nhà máy mà chỉ sử dụng cơ chế này "chuẩn" của sự cố định carbon được gọi là text C_3C
3
C, bắt đầu subscript, 3, nhà máy cuối subscript, cho các hợp chất ba-carbon (3-PGA) phản ứng tạo ra ^ 2
2
bắt đầu superscript, 2, cuối superscript. Khoảng 85 \% 85% 85 phần trăm của các loài thực vật trên các hành tinh là text C_3C
3
C, bắt đầu subscript, 3, nhà máy cuối subscript, bao gồm gạo, lúa mì, đậu nành và tất cả các cây.

Ảnh của con đường C3 . Carbon dioxide vào một tế bào diệp nhục và được cố định ngay lập tức bởi rubisco, dẫn đến sự hình thành các phân tử 3-PGA, trong đó có chứa ba nguyên tử cacbon.
Text C_4C
4
C, bắt đầu subscript, 4, cây cuối subscript

Trong text C_4C
4
C, bắt đầu subscript, 4, cây cuối subscript, các phản ứng ánh sáng phụ thuộc và các chu trình Calvin được tách biệt, với các phản ứng ánh sáng phụ thuộc vào xuất hiện trong các tế bào diệp nhục (mô xốp ở giữa của lá) và các Calvin chu kỳ xảy ra trong các tế bào đặc biệt xung quanh gân lá. Những tế bào được gọi là tế bào bó vỏ.
Để xem cách phân chia này sẽ giúp, chúng ta hãy xem xét một ví dụ về text C_4C
4
C, bắt đầu subscript, 4, cuối subscript quang hợp trong hành động. Đầu tiên, không khí text {CO} _2CO
2
C, O, bắt đầu subscript, 2, cuối subscript được cố định trong các tế bào diệp nhục để tạo thành một đơn giản, axit hữu cơ 444-carbon (oxaloacetate). Bước này được thực hiện bởi một enzyme không rubisco, carboxylase PEP, mà không có xu hướng liên kết text O_2O
2
O, bắt đầu subscript, 2, cuối subscript. Sau đó oxaloacetate được chuyển đổi sang một phân tử tương tự, malate, mà có thể được vận chuyển vào tế bào bó vỏ. Bên trong vỏ bọc, nghỉ malate xuống, giải phóng một phân tử text {CO} _2CO
2
C, O, bắt đầu subscript, 2, cuối subscript. Các text {CO} _2CO
2
C, O, bắt đầu subscript, 2, cuối subscript sau đó được cố định bởi rubisco và làm thành các loại đường thông qua chu trình Calvin, chính xác như trong text C_3C
3
C, bắt đầu subscript , 3, cuối subscript quang.

trong con đường C4, cố định carbon ban đầu diễn ra trong tế bào diệp nhục và chu trình Calvin diễn ra trong tế bào bó vỏ. Carboxylase PEP gắn một molecul đến carbon dioxide vào phân tử PEP ba-carbon, sản xuất oxaloacetate (một phân tử bốn-carbon). Các oxaloacetate được chuyển thành malate, mà đi ra khỏi tế bào diệp nhục và vào một nước láng giềng bó vỏ. Bên trong tế bào bao bó, malate được chia nhỏ để phát hành CO_2
2
bắt đầu subscript, 2, cuối subscript, sau đó đi vào chu trình Calvin. . Pyruvate cũng được sản xuất ở bước này và di chuyển trở lại vào trong tế bào diệp nhục, nơi nó được chuyển đổi thành PEP (một phản ứng có thể chuyển đổi ATP và Pi vào AMP và PPI)
quá trình này là không phải không có giá tràn đầy năng lượng của nó: ATP phải được chi tiêu để trả lại ba-carbon "phà" phân tử từ các tế bào vỏ bọc và làm cho nó sẵn sàng để đón một phân tử của text {khí CO} _2CO
2
C, O, bắt đầu subscript, 2, cuối subscript. Tuy nhiên, vì các tế bào diệp nhục liên tục bơm text {CO} _2CO
2
C, O, bắt đầu subscript, 2, cuối subscript vào láng giềng bó sheat