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9.7: Via C4 e CAM
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C4 Pathway and CAM
 
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9.7: C4 Pathway and CAM

9.7: Via C4 e 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.

Visão Geral

Algumas plantas, como a cana-de-açúcar e o milho, que crescem em condições quentes, usam um processo alternativo chamado via C4 para fixar carbono. O ciclo começa com CO2 da atmosfera a entrar em células do mesófilo onde é usado para produzir oxaloacetato—uma molécula de quatro carbonos—a partir de fosfoenolpiruvato (PEP). O oxaloacetato é então convertido em malato e transportado para células do feixe vascular, onde a concentração de oxigénio é baixa. Lá, o CO2 é libertado do malato e entra no Ciclo de Calvin onde é convertido em açúcares. A via CAM é realizada em plantas como cactos que também precisam conservar água durante o dia. As plantas CAM deixam o CO2 entrar nas folhas durante a noite e produzem malato que é armazenado em vacúolos até ao dia seguinte. O malato é então libertado dos vacúolos e processado no Ciclo de Calvin. A via C4 separa os diferentes processos localmente, enquanto que a via CAM os separa temporalmente.

A Via C4

Algumas plantas, como o milho e a cana-de-açúcar, desenvolveram formas alternativas de fixação de carbono que ajudam a evitar a perda de água em ambientes quentes e secos. Um desses métodos é a via C4. No primeiro passo, o CO2 entra nas células do mesófilo, e a enzima fosfoenolpiruvato (PEP) carboxilase adiciona-o ao composto PEP de 3 carbonos para formar o composto oxaloacetato de 4 carbonos. O oxaloacetato é então convertido em um ácido orgânico chamado malato.

Posteriormente, o malato é transportado para células do feixe vascular nas profundezas da folha onde a concentração de oxigénio é baixa. O malato é quebrado, libertando uma molécula de CO2 que entra então no Ciclo de Calvin onde a enzima rubisco converte-a em açúcar. A via C4 oferece uma vantagem em condições quentes e áridas, pois as plantas fecham os seus estomas para conservar água. Como resultado, elas podem manter a concentração de oxigénio baixa e, portanto, favorecer a ligação de CO2 à rubisco em vez de O2. Quando a concentração de oxigénio é maior, a rubisco liga O2 em vez de CO2—um processo chamado de fotorrespiração—que pararia a fotossíntese e consumiria energia.

A Via CAM

Outras plantas, como os cactos e o ananás, usam a via do metabolismo ácido das crassuláceas (CAM) para fixar carbono. As plantas CAM abrem os seus estomas principalmente à noite para evitar a perda de água durante o dia quente. À noite, o CO2 entra nas células do mesófilo, onde se combina com PEP para formar oxaloacetato e eventualmente malato. O malato é então armazenado em vacúolos até ao dia seguinte, quando é libertado dos vacúolos e entra no Ciclo de Calvin. Os primeiros passos da fotossíntese prosseguem durante o dia, pois são dependentes da luz, enquanto que as reações independentes da luz do ciclo de de Calvin ocorrem durante a noite. Assim, as plantas CAM separam a fixação de CO2 e a síntese de açúcar usando diferentes horas do dia.


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