Como as plantas CAM resolveram o problema de obter CO2 para a fotossíntese minimizando a perda de água?

Q: Como as plantas regulam a demanda conflitante entre Captura de CO2 e perda de água durante a fotossínteses?

Durante a fotossíntese, a planta permite a entrada de CO2 na folha e a liberação do O2 para o ambiente. Por outro lado, durante a respiração ela libera CO2 para o ambiente e permite a entrada do O2. Além dos gases, a planta perde água, também pelos estômatos, através da transpiração.

A apresentação de tema "Diferenças Fisiológicas" tem como intuito abordar o funcionamento da fotossíntese, distinguindo de maneira sistemática suas fases: fase clara e suas subfases, e a fase escura. Além disso é abordado também como e porque ocorre a fotorrespiração, classificação de plantas entre mono e eudicotiledôneas, plantas C3, C4 e CAM, além de assuntos como hábitos de crescimento da cultura da soja e tipos de germinação. É de extrema importância compreender todos estes processos e diferenciações para que haja uma assertiva escolha de material e manejo da lavoura.

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Como as plantas C4 é CAM são mais eficientes fixando CO2 e perdendo menos água?
Como ocorre a fotossíntese em plantas CAM?
Como funciona o mecanismo CAM?
Como as plantas regulam a demanda conflitante entre Captura de CO2 e perda de água durante a fotossínteses?

Grupo de Estudos Agronômicos em Grãos e Algodão na Universidade Federal de Goiás (UFG)

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

Como as plantas C4 é CAM são mais eficientes fixando CO2 e perdendo menos água?

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.

Como ocorre a fotossíntese em plantas CAM?

A fotossíntese CAM é uma adaptação ao ambiente árido, onde os vegetais ficam expostos a uma grande luminosidade e estresse hídrico. Essas plantas possuem a capacidade de abrirem seus estômatos à noite e fechá-los durante o dia, reduzindo significativamente a perda excessiva de água e CO₂.

Como funciona o mecanismo CAM?

As plantas CAM separam temporariamente a fixação do carbono e o ciclo de Calvin. O dióxido de carbono entra nas folhas durante a noite (quando os estômatos estão abertos) e é fixado em oxaloacetato pela PEP carboxilase, que liga o dióxido de carbono à molécula de três carbonos PEP.

Como as plantas regulam a demanda conflitante entre Captura de CO2 e perda de água durante a fotossínteses?

Durante a fotossíntese, a planta permite a entrada de CO₂ na folha e a liberação do O₂ para o ambiente. Por outro lado, durante a respiração ela libera CO₂ para o ambiente e permite a entrada do O₂. Além dos gases, a planta perde água, também pelos estômatos, através da transpiração.