Voie du C4 et voie du CAM

Aperçu

Certaines plantes, comme la canne à sucre et le maïs, qui poussent dans des conditions chaudes, utilisent un processus alternatif appelé la voie C₄ pour fixer le carbone. Le cycle commence avec le CO₂ de l’atmosphère entrant dans les cellules mésophylles où il est utilisé pour générer de l’oxaloacétate, une molécule à quatre carbones, à partir du phosphoénolpyruvate (PEP). L’oxaloacétate est ensuite transformé en malate et transporté dans les cellules de la gaine périvasculaire, où la concentration en oxygène est faible. Là, le CO₂ est libéré du malate et entre dans le cycle de Calvin où il est transformé en sucres. La voie CAM est effectuée dans des plantes comme les cactus, qui ont également besoin de conserver l’eau pendant la journée. Les plantes CAM laissent entrer le CO₂ dans les feuilles pendant la nuit et produisent du malate qui est stockée dans des vacuoles jusqu’au lendemain. Le malate est alors libéré des vacuoles et transformé dans le cycle de Calvin. La voie C₄ sépare les différents processus localement, tandis que la voie CAM les sépare chronologiquement.

La voie C₄

Certaines plantes, comme le maïs et la canne à sucre, ont développé d’autres façons de fixer le carbone qui aident à éviter la perte d’eau dans les environnements chauds et secs. L’une de ces méthodes est la voie C4. Dans la première étape, le CO₂ pénètre dans les cellules mésophylles, et l’enzyme phosphoénolpyruvate (PEP) carboxylase l’additionne au PEP composé de 3 carbones pour former l’oxaloacétate composé de 4 carbones. L’oxaloacétate est ensuite transformé en acide organique appelé malate.

Par la suite, le malate est transporté dans des cellules de la gaine périvasculaire profondément dans la feuille où la concentration en oxygène est faible. Le malate est décomposé, libérant une molécule de CO₂ qui entre ensuite dans le cycle de Calvin où l’enzyme Rubisco le transforme en sucre. La voie C₄ offre un avantage dans des conditions chaudes et arides car les plantes fermeront leurs stomates pour conserver l’eau. Par conséquent, elles peuvent maintenir la concentration en oxygène faible et donc favoriser que le CO₂ se lie à la Rubisco plutôt que l’O₂. Lorsque la concentration en oxygène est plus élevée, la Rubisco fixe l’O₂ au lieu du CO₂ — un processus appelé photorespiration — ce qui va arrêter la photosynthèse et consommer de l’énergie.

La voie CAM

D’autres plantes, comme les cactus et l’ananas, utilisent la voie du métabolisme de l’acide crassulacéen (CAM) pour fixer le carbone. Les plantes CAM ouvrent principalement leurs stomates la nuit pour éviter la perte d’eau pendant la journée chaude. La nuit, le CO₂ pénètre dans les cellules mésophylles, où il se combine avec le PEP pour former de l’oxaloacétate et éventuellement du malate. Le malate est ensuite stocké dans des vacuoles jusqu’au lendemain ; il est alors libéré des vacuoles et entre dans le cycle de Calvin. Les premières étapes de la photosynthèse se déroulent pendant la journée car elles dépendent de la lumière, tandis que les réactions indépendantes de la lumière du cycle Calvin ont lieu pendant la nuit. De cette façon, les plantes CAM séparent la fixation du CO₂ et la synthèse du sucre en utilisant différents moments de la journée.