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9.7: Vía C4 y CAM
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C4 Pathway and CAM
 
TRANSCRIPCIÓN

9.7: C4 Pathway and CAM

9.7: Vía C4 y CAM

Overview

Some plants, like sugar cane and corn, that grow in hot conditions, use an alternative process called the C4 pathway to fix carbon. The cycle begins with CO2 from the atmosphere entering mesophyll cells where it is used to generate oxaloacetate—a four-carbon molecule—from phosphoenolpyruvate (PEP). Oxaloacetate is then converted to malate and transported to bundle sheath cells, where the oxygen concentration is low. There, CO2 is released from malate and enters the Calvin Cycle where it is converted into sugars. The CAM pathway is carried out in plants like cacti that also need to conserve water during the day. CAM plants let CO2 into the leaves at night and produce malate that is stored in vacuoles until the following day. The malate is then released from vacuoles and processed in the Calvin Cycle. The C4 pathway separates the different processes locally, while the CAM pathway separates them chronologically.

The C4 Pathway

Some plants, like corn and sugarcane, have evolved alternative ways to fix carbon that help avoid water loss in hot, dry environments. One such method is the C4 pathway. In the first step, CO2 enters mesophyll cells, and the enzyme phosphoenolpyruvate (PEP) carboxylase adds it to the 3-carbon compound PEP to form the 4-carbon compound oxaloacetate. Oxaloacetate is then converted into an organic acid called malate.

Subsequently, malate is transported into bundle sheath cells deep in the leaf where the oxygen concentration is low. Malate is broken down, releasing a molecule of CO2 that then enters the Calvin Cycle where the enzyme rubisco converts it into sugar. The C4 pathway offers an advantage in hot, arid conditions as the plants will close their stomata to conserve water. As a result, they can keep the oxygen concentration low and therefore favor the binding of CO2 to rubisco rather than O2. When the oxygen concentration is higher, rubisco binds O2 instead of CO2—a process termed photorespiration—which would halt photosynthesis and consume energy.

The CAM Pathway

Other plants, like cacti and pineapple, use the crassulacean acid metabolism (CAM) pathway to fix carbon. CAM plants primarily open their stomata at night to prevent water loss during the hot day. At night CO2 enters the mesophyll cells, where it combines with PEP to form oxaloacetate and eventually malate. Malate is then stored in vacuoles until the next day when it is released from vacuoles and enters the Calvin Cycle. The first stages of photosynthesis proceed during the day as they are light-dependent, while the light-independent reactions of the Calvin cycle take place during the night. In this manner, CAM plants separate CO2 fixation and sugar synthesis by using different times of the day.

Visión general

Algunas plantas, como la caña de azúcar y el maíz, que crecen en condiciones de calor, utilizan un proceso alternativo llamado vía C4 para fijar el carbono. El ciclo comienza con CO2 de la atmósfera que entra en las células mesofílicas donde se utiliza para generar oxaloacetato, una molécula de cuatro carbonos, a partir de fosfoenolpiridovato (PEP). El oxaloacetato se convierte en malato y se transporta a las células de la vaina del haz, donde la concentración de oxígeno es baja. Allí, el CO2 se libera del malato y entra en el Ciclo Calvin donde se convierte en azúcares. La vía CAM se lleva a cabo en plantas como cactus que también necesitan conservar el agua durante el día. Las plantas CAM dejanCO2 en las hojas por la noche y producen malato que se almacena en vacuolas hasta el día siguiente. El malato se libera de las vacuolas y se procesa en el Ciclo Calvin. La vía C4 separa los diferentes procesos localmente, mientras que la vía CAM los separa cronológicamente.

El camino C4

Algunas plantas, como el maíz y la caña de azúcar, han desarrollado formas alternativas de fijar el carbono que ayudan a evitar la pérdida de agua en ambientes secos y calientes. Uno de estos métodos es la vía C4. En el primer paso, elCO2 entra en las células de la mesofila, y la enzima fosfoenolpilavato (PEP) carboxilasa lo agrega al PEP compuesto de 3 carbono para formar el compuesto de 4 carbonos oxaloacetato. El oxaloacetato se convierte en un ácido orgánico llamado malato.

Posteriormente, el malato se transporta a las células de la vaina del haz en las profundidades de la hoja donde la concentración de oxígeno es baja. El malato se descompone, liberando una molécula deCO2 que luego entra en el Ciclo Calvin donde la enzima rubisco lo convierte en azúcar. La vía C4 ofrece una ventaja en condiciones calientes y áridas, ya que las plantas cerrarán sus estomas para conservar el agua. Como resultado, pueden mantener la concentración de oxígeno baja y por lo tanto favorecer la unión deCO2 a rubisco en lugar de O2. Cuando la concentración de oxígeno es mayor, el rubisco une O2 en lugar de CO2—un proceso llamado fotorrespiración— que detendría la fotosíntesis y consumiría energía.

La ruta CAM

Otras plantas, como los cactus y la piña, utilizan la vía del metabolismo del ácido crassulaceano (CAM) para fijar el carbono. Las plantas CAM abren principalmente sus estomas por la noche para evitar la pérdida de agua durante el día caluroso. Por la noche, elCO2 entra en las células mesofílicas, donde se combina con PEP para formar oxaloacetato y eventualmente malato. El malato se almacena en vacuolas hasta el día siguiente cuando se libera de las vacuolas y entra en el Ciclo Calvin. Las primeras etapas de la fotosíntesis proceden durante el día, ya que dependen de la luz, mientras que las reacciones independientes de la luz del ciclo de Calvin tienen lugar durante la noche. De esta manera, las plantas CAM separan la fijación deCO2 y la síntesis de azúcar mediante el uso de diferentes horas del día.


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