Via metabolica C4 e CAM nelle piante

Panoramica

Alcune piante, come la canna da zucchero e il mais, che crescono in condizioni calde, utilizzano un processo alternativo chiamato percorso C₄ per fissare il carbonio. Il ciclo inizia con CO₂ dall’atmosfera che entra nelle cellule mesofille dove viene utilizzato per generare ossalacetato, una molecola a quattro carbonio, da fosfoenolpiruvate (PEP). L’ossaloacetato viene poi convertito in malato e trasportato in cellule di ottaia, dove la concentrazione di ossigeno è bassa. Lì, CO₂ viene rilasciato dal malate ed entra nel ciclo Calvin dove viene convertito in zuccheri. Il percorso CAM viene effettuato in piante come i cactus che hanno anche bisogno di conservare l’acqua durante il giorno. Le piante CAM lasciano CO₂ nelle foglie di notte e producono malate che vengono conservati in vacuoli fino al giorno successivo. Il malata viene poi rilasciato dai vacuoli e lavorato nel ciclo Calvin. Il percorso C₄ separa i diversi processi localmente, mentre il percorso CAM li separa in ordine cronologico.

Il_sentiero C 4

Alcune piante, come il mais e la canna da zucchero, hanno sviluppato modi alternativi per fissare il carbonio che aiutano a evitare la perdita d’acqua in ambienti caldi e secchi. Uno di questi metodi è il percorso C4. Nella prima fase, CO₂ entra nelle cellule di mesofia, e l’enzima di fosfolpigilpyruvate (PEP) carboxylase lo aggiunge al PEP composto a 3 carbonio per formare l’osloatoacetate composto a 4 carbonio. L’oxaloacetate viene poi convertito in un acido organico chiamato malata.

Successivamente, il malato viene trasportato in cellule di faunpe in profondità nella foglia dove la concentrazione di ossigeno è bassa. Malate è ripartito, rilasciando una molecola di CO₂ che poi entra nel ciclo di calvin dove l’enzima rubisco lo converte in zucchero. Il percorso C₄ offre un vantaggio in condizioni calde e aride, in quanto le piante chiuderanno i loro stomi per conservare l’acqua. Di conseguenza, possono mantenere bassa la concentrazione di ossigeno e quindi favorire il legame di CO₂ al rubisco piuttosto che o₂. Quando la concentrazione di ossigeno è più alta, il rubisco lega O₂ invece di CO_2,un processo chiamato fotorespirazione, che arresterebbe la fotosintesi e consuma energia.

Il percorso CAM

Altre piante, come cactus e ananas, utilizzano il percorso del metabolismo acido crassulaceo (CAM) per fissare il carbonio. Le piante CAM aprono principalmente gli stomi di notte per prevenire la perdita d’acqua durante la giornata calda. Di notte CO₂ entra nelle cellule del mesofillo, dove si combina con PEP per formare ossalacetato e infine malato. Malato viene poi conservato in vacuoli fino al giorno successivo quando viene rilasciato dai vacuoli ed entra nel Ciclo di Calvin. Le prime fasi della fotosintesi procedono durante il giorno in quanto sono dipendenti dalla luce, mentre le reazioni indipendenti dalla luce del ciclo di calvin si svolgono durante la notte. In questo modo, le piante CAM separano la fissazione di CO₂ e la sintesi dello zucchero utilizzando diversi momenti della giornata.