Tại sao gọi là chu trình C4?

Tên gọi “Chu trình C4” không phải là một sự đặt tên ngẫu nhiên hay mang tính ước lệ. Nó là một sự phản ánh chính xác và ngắn gọn về bản chất sinh hóa đặc trưng của quá trình quang hợp này, một quá trình tinh tế và hiệu quả hơn so với chu trình C3 phổ biến hơn. Cụ thể hơn, cái tên này bắt nguồn từ sự xuất hiện nổi bật của một hợp chất trung gian quan trọng: axit oxaloaxetic (oxaloacetate), một phân tử hữu cơ có bốn nguyên tử carbon (C4).

Trong khi chu trình C3, hay chu trình Calvin-Benson, bắt đầu bằng việc cố định CO2 vào một phân tử 5 carbon (ribulose-1,5-bisphosphate), chu trình C4 khởi đầu bằng một bước khác biệt hoàn toàn. Enzyme phosphoenolpyruvate carboxylase (PEP carboxylase) có vai trò then chốt trong bước đầu tiên này. Enzyme này xúc tác phản ứng giữa phosphoenolpyruvate (PEP), một hợp chất 3 carbon, và CO2, tạo ra oxaloacetate – chính là phân tử 4 carbon đánh dấu đặc trưng cho toàn bộ chu trình.

Oxaloacetate không chỉ là một sản phẩm trung gian đơn thuần; nó đóng vai trò như một “người vận chuyển” CO2 hiệu quả. Sau khi được tạo thành, oxaloacetate sẽ trải qua một loạt các phản ứng chuyển hóa, biến đổi thành các hợp chất 4 carbon khác trước khi giải phóng CO2 tại tế bào bao bó mạch. CO2 được giải phóng này sau đó mới tham gia vào chu trình Calvin-Benson để tạo ra đường.

Vậy, tên gọi “Chu trình C4” không chỉ là một nhãn hiệu đơn giản. Nó là một tuyên ngôn ngắn gọn, chính xác về bản chất sinh học của quá trình quang hợp này, nhấn mạnh vào sự hiện diện trung tâm và vai trò quyết định của các hợp chất 4 carbon trong việc cố định CO2 và tạo ra năng lượng cho cây. Sự chính xác này làm cho tên gọi trở nên dễ hiểu, dễ nhớ và phản ánh rõ nét cơ chế độc đáo của chu trình quang hợp này, một minh chứng tuyệt vời cho sự tinh tế của tự nhiên.