9.7: Ścieżka C4 i CAM

Większość roślin wykorzystuje szlak C₃ do wiązania węgla. Jednak niektóre rośliny, takie jak trzcina cukrowa, kukurydza i kaktusy, które rosną w gorących warunkach, wykorzystują alternatywne ścieżki wiązania węgla i oszczędzania strat energii spowodowanych fotooddychaniem. Fotooddychanie to proces, który zachodzi, gdy stężenie tlenu jest wysokie. W takich warunkach enzym rubisco w cyklu Calvina wiąże O₂ zamiast CO₂, co zatrzymuje fotosyntezę i zużywa energię.

C₄ Ścieżka

Szlak_C4 jest wykorzystywany przez rośliny takie jak kukurydza i trzcina cukrowa. W pierwszym etapie CO₂ dostaje się do komórek mezofilu, a enzym karboksylaza fosfoenolopirogronianu (karboksylaza PEP) dodaje go do 3-węglowego związku PEP, tworząc 4-węglowy związek szczawiooctanu. Szczawiooctan jest następnie przekształcany w kwasy organiczne, głównie jabłczan. Jabłczan jest następnie transportowany do komórek pochewki pęczka w głąb liścia, gdzie stężenie tlenu jest niskie. To tutaj jabłczan jest rozkładany w celu uwolnienia cząsteczki CO₂ . CO₂ wchodzi następnie w cykl Calvina i jest przekształcany w cukier za pomocą enzymu RuBisCo.

W gorących, suchych warunkach korzystne jest fizyczne oddzielenie wiązania węgla od cyklu Calvina, ponieważ rośliny mogą zamykać aparaty szparkowe, aby oszczędzać wodę. W rezultacie mogą utrzymywać niskie stężenie tlenu, a zatem sprzyjać wiązaniu CO₂ z RuBisCo, a nie O₂ .

Ścieżka CAM

Inne rośliny, takie jak kaktusy i ananasy, wykorzystują szlak metabolizmu kwasu gruboszowego (CAM) do wiązania węgla. Rośliny CAM otwierają aparaty szparkowe w nocy, aby zapobiec utracie wody w upalne dni. Gdy CO₂ dostanie się do komórek mezofilu, łączy się z PEP, tworząc szczawiooctan i ostatecznie jabłczan.

Jabłczan jest następnie przechowywany w wakuolach do następnego dnia, kiedy jest uwalniany, aby wejść w cykl Calvina. Tak więc wiązanie węgla następuje w nocy, a cykl Calvina, napędzany reakcjami zależnymi od światła, postępuje w ciągu dnia. W ten sposób rośliny CAM oddzielają wiązanie węgla i syntezę cukru w różnych porach dnia.