Plantas C3, C4 Y Cam

Plantas C3

El 95% o 97% de las plantas del planeta pertenecen a la fotosíntesis C3. Crecen con luz solar moderada, temperaturas moderadas, una concentración de CO2 en la atmósfera de 200 ppm, o más elevada, y agua abundante en el suelo. El inconveniente de las C3 consiste en que la escasez de agua disminuye el rendimiento fotosintético. Esto se debe a que la planta C3 reacciona cerrando los estomas, para evitar su desecación, dificultando de este modo la penetración del CO2 en la hoja. Usan el ciclo Calvin.

En el ciclo Calvin se integran y convierten moléculas inorgánicas de CO2 en moléculas orgánicas sencillas, a partir de las cuales se formará el resto de los compuestos bioquímicos que constituyen los seres vivos. Este proceso también se puede denominar asimilación del carbono.

1ª fase del ciclo Calvin: La luz solar (energía) incorpora el CO2 a la RuBP con la ayuda de una enzima. La incorporación es directa.

En cambio en las plantas C4 el CO2 se incorpora indirectamente a través de un compuesto de 4 carbonos. RuBP es 3-fosfoglicerato. Los 3 carbonos han dado nombre a las Plantas C3.

Para fijar el CO2 atmosférico hace falta una enzima: RubisCO. RubisCO es la ribulosa bifosfato carboxilasa-oxigenasa. Es la enzima más abundante de la Naturaleza. El CO2 y RuBP forman directamente una molécula de 6 carbonos, pero al ser inestable termina por separarse en dos moléculas de 3 carbonos, el 3-fosfoglicerato.

La 2ª fase del ciclo de Calvin: Consiste en transformar el 3-fosfoglicerato en difosforoglicerato. El cual a su vez se convierte en triosafosfato, un azúcar, tipo aldosa con 3C, que es una molécula estable y con mayor energía libre para realizar un trabajo.

La triosafosfato es la base a partir de la cual se formen el resto de azúcares (como la fructosa y glucosa), oligosacáridos (como la sacarosa o azúcar de caña) y polisacáridos (como la celulosa y el almidón). También a partir de estos azúcares se formarán directa o indirectamente las cadenas de carbonos, que componen el resto de biomoléculas, que constituyen los seres vivos (lípidos, proteínas, ácidos nucleicos, etc.).

La 3ª fase del ciclo Calvin: Consiste en regenerar la RuBP original, dejándola disponible, para que el ciclo Calvin se repita nuevamente. Para ello hace falta consumir una molécula de ATP. El producto fundamental del ciclo Calvin es el gliceraldehido-3-fosfato (de 3 átomos de carbono).

Durante años se pensó que el ciclo Calvin era independiente de la luz, pero ahora sabemos que tanto la actividad de la RubisCO, como de otras enzimas clave del ciclo, son reguladas por la luz, y se desactivan en condiciones de oscuridad. Cuando la planta C3 cierra los estomas, para no perder agua, no puede entrar en la hoja el CO2 atmosférico. Entonces la RubisCO reacciona con el oxígeno, en vez de reaccionar con el CO2. A eso llamamos fotorrespiración, una disminución de carbono fijado.

Con temperaturas relativamente altas disminuye la tasa de fotosíntesis, que es una medida de la capacidad de la planta para asimilar el CO2. Las plantas C3 aparecieron en las eras Mesozoica y Paleozoica. Con su respiración pierden el 97% del agua absorbida por las raíces. Como ejemplo: el arroz y la cebada.

Las plantas C3 no pueden crecer en zonas cálidas, porque la RuBisCO incorpora en la RuBP más oxígeno a medida que aumenta la temperatura. Esto provoca la fotorrespiración, una pérdida de carbono y nitrógeno de la planta, y por tanto, limita el crecimiento. La relación CO2/O2 disminuye.

Plantas C4

Aquí el primer producto fotosintético contiene 4 carbonos: el ácido oxalacético y sus sales. Las plantas se han adaptado lentamente a la naturaleza en los climas áridos y cálidos. Han desarrollado una estrategia para optimizar la capacidad de asimilación del CO2 atmosférico, e incorporarlo a la planta. Para ello modificaron convenientemente su genoma.

Al cultivar en un mismo ambiente, a 30 °C hierbas C3 y hierbas C4, se observa que mientras las hierbas C3 pierden aproximadamente 833 moléculas de agua por cada

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