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9.7:

Voie du C4 et voie du CAM

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C4 Pathway and CAM

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– [Narrateur] Certaines plantes, comme le maïs,ont mis au point des méthodes alternativespour fixer le carboneplus efficacement dans les environnements chauds et secs. En un, la voie C4. Au cours de la première étape de fixation du carbone,le dioxyde de carbone, le CO2,pénètre dans les cellules mésophileset via l’enzyme PEP carboxylase,se combine au composé à trois carbones PEPpour former le composé à quatre carbones, l’oxaloacétate,qui est ensuite converti en un autre acide organique,dans ce cas, le malate. Le malate est transportédans les cellules de la gaine du faisceau,profondément dans la feuille, où l’oxygène est limitéet dissocié, ce qui libère du CO2,qui peut ensuite suivre le cycle de Calvinet interagir avec le rubisco pour produire des sucres. D’autres plantes, telles que les ananas,utilisent le métabolisme de l’acide de Crassulacean,ou voie CAM, pour fixer le carbone. Les plantes CAM n’ouvrent leurs stomates que la nuitpour éviter les pertes d’eau pendant la journée. Comme la voie C4,le CO2 est d’abord fixé par la PEP carboxylaseen oxaloacétate,qui est ensuite converti en malate. Plutôt que de transporter le malatevers une autre partie de la feuille,les plantes CAM stockent ce composé dansdes vacuoles à cellules mésophileset le libèrent pendant la journéeafin que le cycle de Calvin puisse se déroulerparallèlement aux réactions lumineuseslors de la photosynthèse.

9.7:

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.

Suggested Reading

  1. Edwards, E.J. Evolutionary trajectories, accessibility and other metaphors: the case of C4 and CAM photosynthesis. New Phytologist. 223 (4), 1742-1755 (2019).