A absorção de dióxido de carbono (CO2) é fundamental para que seja realizada a fotossíntese – o processo de produção de energia necessária para o metabolismo e sobrevivência dos vegetais.
Para saber mais sobre fotossíntese, sugiro que leia estes dois posts (Fotossíntese: fase clara e escura e Fotossíntese: primeira fonte de energia dos vegetais), pois neste post eu falarei somente sobre os tipos de plantas C3, C4 e CAM e suas relações com o dióxido de carbono, o que não abrange exatamente os processos de fotossíntese.
Então, vamos lá!
A absorção de carbono, através do CO2 ou dióxido de carbono, é também chamada de fixação de carbono, nome mais comumente utilizado. Este processo ocorre por meio do Ciclo de Calvin ou “fase escura” da fotossíntese, originando basicamente um carboidrato CH2O através de uma reação de redução.
Podemos, ao modo mais simples, dizer que este ciclo coleta moléculas de CO2 simples e as utilizam para formar moléculas maiores e mais complexas, como aminoácidos, ácidos graxos e carboidratos. Essas moléculas também são utilizadas na fotossíntese, na “fase clara”, e originam novos compostos que serão utilizados pela planta.
Durante estes processos há perda de água, principalmente por meio da fotossíntese, tendo em vista que a radiação solar aumenta a velocidade das reações químicas na planta por conta do calor que transmite. O calor da radiação solar, juntamente com o calor gerado pelo aumento das reações metabólicas, faz com que ocorra a perda de água.
Ao longo da evolução dos vegetais terrestres, surgiram 3 comportamentos diferentes que os mesmos apresentaram em relação ao modo de fixação de carbono e à perda de água, um recurso importantíssimo. Esses 3 tipos de vegetais são chamados de C3, C4 e CAM.
PLANTAS C3
As plantas C3 recebem este nome por conta do ácido 3-fosfoglicérico formado após a fixação das moléculas de CO2. Estes vegetais compreendem a maioria das espécies terrestres, ocorrendo principalmente em regiões tropicais úmidas.
As taxas de fotossíntese das plantas C3 são elevadas à todo o momento, tendo em vista que a planta atinge as taxas máximas de fotossíntese (TMF) em intensidades de radiação solar relativamente baixas. É por isso que são consideradas espécies esbanjadoras de água. Ainda assim, este grupo vegetal é altamente produtivo, contribuindo significativamente para o equilíbrio da biodiversidade terrestre.
PLANTAS C4
As plantas C4 possuem grande afinidade com o CO2. Elas recebem este nome devido ao fato do ácido oxalacético possuir 4 moléculas de carbono, formado após o processo de fixação de carbono. Devido à alta afinidade com o CO2, as plantas C4 apresentam uma grande vantagem em relação às plantas C3: elas podem sobreviver em ambientes áridos. Isto se dá porque as plantas C4 só atingem as taxas máximas de fotossíntese sob elevadas intensidades de radiação solar, fazendo com que fixem mais CO2 por unidade de água perdida. Ou seja, elas são mais econômicas quanto ao uso da água, elas perdem menos água que as C3 durante a fixação e a fotossíntese.
As plantas C4 são também conhecidas como “plantas de sol” por ocorrerem em áreas muitas vezes sem sombra alguma. Elas também ocorrem em áreas áridas com menores quantidades de água disponível nos solos.
PLANTAS CAM
As plantas CAM são ainda mais econômicas quanto ao uso da água do que as plantas C4! Elas ocorrem em áreas desérticas ou intensivamente secas. A abertura dos estômatos (estruturas que controlam a entrada e saída de gases nas plantas) durante a noite, evitam a grande perda de água, ao mesmo tempo em que o CO2 é fixado, por meio do ácido málico. Durante o dia, os estômatos se fecham (não há grande perda de água) e o CO2 fixado é então utilizado na realização da fotossíntese sob elevadas intensidades de radiação solar. São também “plantas de sol”, assim como as C4.
Este foi apenas um resumo, sem detalhes complexos sobre as plantas C3, C4 e CAM. Para mais detalhes recomendo a leitura dos sites abaixo:
Profª Durvalina – Fisiologia Vegetal – UDESC
Fisiologia Vegetal – UFC
Fisiologia Vegetal – UFPB
Comparação entre os sistemas fotossintéticos C3 e C4 – USP
Neste conteúdo, você vai saber mais sobre:
- Quais os exemplos de plantas C3 e C4;
- Como funciona cada mecanismo fotossintético;
- Quais as vantagens de cada ciclo;
- Qual a importância de saber eficiência fotossintética.
A fotossíntese é o único processo conhecido pelo qual alguns organismos conseguem sintetizar compostos carbonados a partir da fixação de moléculas de CO2 e liberação de O2, utilizando a radiação solar como fonte de energia e a água como doador de elétrons.
As plantas dispõem de diferentes mecanismos para esse processo, como os ciclos fotossintéticos C3 e C4, que conferem a elas diferenças na eficiência em fixar carbono e na sua reação ao ambiente em que se desenvolvem, especialmente, à temperatura, à luminosidade e à disponibilidade hídrica.
Plantas C3
Soja, algodão, abóbora, café, trigo, tabaco, citros e repolho são alguns exemplos de plantas C3. Neste ciclo fotossintético, o CO2 e a água são combinados com a Ribulose-1,5-bifosfato, formando moléculas de 3-fosfoglicerato, as quais são reduzidas para a formação de carboidratos (TAIZ; ZAIGER, 2006), como podemos ver na figura a seguir (Figura 1). Essa reação é catalisada pela enzima rubisco (ribulose bifosfato carboxilase/oxigenase) no estroma dos tilacoides.
As espécies C3 são plantas mais eficientes em condições de clima temperado, principalmente sob temperaturas amenas, em que as perdas por fotorrespiração são minimizadas. Como consomem menos ATP por molécula de CO2 fixado, as espécies C3 acabam sendo mais eficientes que as C4 (SAGE et al., 2011).
Plantas C4
Cana-de-açúcar, milho, sorgo, tiririca, capim-arroz e grama seda são exemplos de espécies que possuem o ciclo fotossintético C4. Nesse ciclo, a fixação do carbono é feita pela enzima fosfoenolpiruvato carboxilase, a PEPc na célula do mesófilo, originando uma molécula de 4 carbonos que é levada até a bainha vascular ou bainha de Krantz, em que a rubisco está concentrada (Figura 1).
O ciclo fotossintético C4 originou-se durante o processo evolutivo, como um mecanismo de concentração de carbono, em resposta à redução na concentração dessa molécula na atmosfera terrestre (HEDGE; PATIL, 1980; EHLERINGER et al., 1991; EHLERINGER et al., 1997).
Em condições de alta temperatura e luminosidade, a fotossíntese C4 tem uma taxa mais alta e é mais eficiente do que a C3. Esse desempenho é possível pela presença da bainha vascular. Essa característica reduz a atividade oxigenase da rubisco e, em última análise, a fotorrespiração (LAMBERSET al., 2008), já que o nível de CO2 dentro dessas estruturas pode ser até 10 vezes maior do que nos espaços intercelulares. Como consequência, o CO2 liberado é refixado com pouca ou nenhuma influência do O2 competitivo, aumentando a eficiência fotossintética e promovendo uma vantagem competitiva destas frente às plantas C3, especialmente em condições de baixa concentração de CO2.
As plantas C4 apresentam outra característica que lhes confere vantagens, que é a maior eficiência no uso da água (GOWIK; WESTHOFF, 2011).
Importância
Compreender a eficiência fotossintética de espécies de plantas importantes para a produção de alimentos, energia e fibras, como algodão, cana-de-açúcar, milho e soja, é sem dúvida um dos alicerces para a construção de um sistema produtivo mais eficiente e sustentável, aumentando a produtividade e reduzindo a necessidade de expansão para novas áreas e os consequentes impactos ambientais.
Dados de pesquisas
Os pesquisadores Larissa Gomes Araújo Tormen e Nédio Tormen realizaram um trabalho com o objetivo de comparar curvas de resposta à luz, à taxa fotossintética, ao carbono interno, à transpiração, à condutância estomática, à temperatura foliar e à eficiência de uso da água de espécies agronômicas C3 (algodão e soja) e C4 (milho e cana-de-açúcar). A hipótese inicial era de que as plantas com metabolismo fotossintético C4 seriam mais eficientes em fixar carbono e no uso da água.
Ficou curioso e quer saber detalhes desta pesquisa e os resultados obtidos?
Acesse aqui:
Fisiologia comparativa de plantas C3 e C4
Este material traz uma comparação entre as fisiologias de plantas C3 e C4 e como esses mecanismos influenciam na absorção fotossintética das plantas
Referências
Ehleringer JR, Sage RF, Flanagan LB, Pearcy RW. Climate change and the evolution of C4 photosynthesis. Trends in Ecology & Evolution, 6:95-99, 1991.
Ehleringer JR, Cerling TE, Helliker BR. C4 photosynthesis, atmospheric CO2 and climate. Oecologia, 112:285–99, 1997.
Gowik U, Westhoff P. The path from C3 to
C4 photosynthesis. Plant Physiology, 155: 56-63, 2011.
Hedge BA, Patil TM. Physiological studies on Parthenium hysterophorus under different ecological conditions. Biovigyanam, 6:15–20, 1980.
Lambers H, Chapin FS, Pons TL. Plant Physiological Ecology, 2. ed. New York, USA: Springer, 2008.
Taiz L, Zeiger E. Fisiologia vegetal. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2006. 719 p.