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Lecciones de biología
Curso: Lecciones de biología > Unidad 13
Lección 4: Fotorrespiración: las plantas C3, C4 y CAMPlantas C3, C4 y CAM
¿Cómo las vías C4 y CAM ayudan a reducir al mínimo la fotorrespiración?
Puntos más importantes:
- La fotorrespiración es una vía metabólica derrochadora que ocurre cuando la enzima RuBisCO del ciclo de Calvin actúa sobre el oxígeno en vez del dióxido de carbono.
- La mayoría de las plantas son start text, C, end text, start subscript, 3, end subscript, y no tienen características especiales para combatir la fotorrespiración.
- Las plantas start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript reducen al mínimo la fotorrespiración separando la fijación inicial de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript y el ciclo de Calvin en el espacio al realizar estos pasos en tipos de células diferentes.
- Las plantas con metabolismo ácido de las crasuláceas (CAM) reducen al mínimo la fotorrespiración y ahorran agua mediante la separación de estos pasos en el tiempo, entre el día y la noche.
Introducción
Los rendimientos de las cosechas son muy importantes para asegurar el alimento y también para mantener activa la economía. Si oyeras que un único factor redujo la producción de trigo en 20, percent y el rendimiento de la soja en 36, percent en los Estados Unidos, por ejemplo, quizá tendrías curiosidad por saber qué factor erastart superscript, 1, end superscript.
Resulta que el factor detrás de los números (reales) es la fotorrespiración. Esta vía metabólica derrochadora comienza cuando la rubisco, la enzima que fija el carbono en el ciclo de Calvin, agarra start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript en lugar de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript. Gasta carbono fijo, desperdicia energía y tiende a ocurrir cuando las plantas cierran sus estomas (poros de la hoja) para reducir la pérdida de agua. Las altas temperaturas lo empeoran aún más.
Algunas plantas, a diferencia del trigo y la soja, pueden librarse de los peores efectos de la fotorrespiración. Las vías start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript y CAM son dos adaptaciones —características beneficiosas que surgen por la selección natural— que permiten a ciertas especies reducir al mínimo la fotorrespiración. Estas vías trabajan para garantizar que la rubisco siempre encuentre altas concentraciones de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript, lo cual hace poco probable que se una al start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript.
En el resto de este artículo, veremos con más detalle las vías start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript y CAM y la forma en que reducen la fotorrespiración.
Plantas start text, C, end text, start subscript, 3, end subscript
Una planta "normal" —que no tiene adaptaciones fotosintéticas para reducir la fotorrespiración— se llama planta start text, C, end text, start subscript, 3, end subscript. El primer paso del ciclo de Calvin es la fijación de dióxido de carbono mediante la rubisco, y las plantas que utilizan solo este mecanismo "estándar" de fijación de carbono se llaman plantas start text, C, end text, start subscript, 3, end subscript por el compuesto de tres carbonos (3-PGA) que produce la reacciónsquared. Casi 85, percent de las especies de plantas del planeta son start text, C, end text, start subscript, 3, end subscript, como arroz, trigo, soya y todos los árboles.
Plantasstart text, C, end text, start subscript, 4, end subscript
En las plantas start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript, las reacciones dependientes de la luz y el ciclo de Calvin están separadas físicamente: las reacciones dependientes de la luz se producen en las células del mesófilo (tejido esponjoso en el centro de la hoja) y el ciclo de Calvin ocurre en células especiales alrededor de las venas de la hoja. Estas células se llaman células del haz vascular.
Para ver cómo ayuda esta división, veamos un ejemplo de la fotosíntesis start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript en acción. Primero, el start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript atmosférico se fija en las células del mesófilo para formar un ácido orgánico simple de 4 carbonos (oxaloacetato). Este paso se lleva a cabo mediante una enzima no rubisco, PEP carboxilasa, que no tiende a unirse al start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript. Después, el oxaloacetato se convierte en una molécula similar, malato, que puede transportarse hacia las células del haz vascular. Dentro de estas, el malato se descompone y libera una molécula de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript. Luego, la rubisco fija el start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript y lo convierte en azúcares a través del ciclo de Calvin, exactamente como en la fotosíntesis start text, C, end text, start subscript, 3, end subscript.
Este proceso tiene su precio energético: se debe gastar ATP para que la molécula de tres carbonos “ferry” regrese a la célula del haz vascular y quede lista para recoger otra molécula de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript atmosférico. Sin embargo, dado que las células del mesófilo constantemente bombean start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript hacia las células del haz vascular vecinas en forma de malato, siempre hay una alta concentración de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript en comparación con start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript alrededor de la rubisco. Esta estrategia reduce al mínimo la fotorrespiración.
La vía start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript se utiliza en cerca del 3, percent de todas las plantas vasculares; algunos ejemplos son el garranchuelo, caña de azúcar y maíz. Las plantas start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript son comunes en hábitats cálidos, pero son menos abundantes en zonas más frescas. En condiciones cálidas, los beneficios de una menor fotorrespiración probablemente superan el costo en ATP de pasar start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript de la célula del mesófilo a las células del haz vascular.
Plantas CAM
Algunas plantas adaptadas a ambientes secos, como las cactáceas y piñas, utilizan la vía del metabolismo ácido de las crasuláceas (CAM) para reducir al mínimo la fotorrespiración. Este nombre proviene de la familia de las plantas crasuláceas en las cuales los científicos descubrieron por primera vez esta vía.
En vez de separar las reacciones dependientes de la luz y el uso de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript en el ciclo de Calvin en el espacio, las plantas CAM separan estos procesos en el tiempo. Por la noche, abren sus estomas para que el start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript se difunda en las hojas. Este start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript se fija en el oxaloacetato mediante la PEP carboxilasa (el mismo paso que usan las plantas start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript), que luego se convierte en malato o un ácido orgánico de otro tipocubed.
El ácido orgánico se almacena dentro de vacuolas hasta el día siguiente. Durante el día, las plantas CAM no abren sus estomas, pero todavía pueden llevar a cabo la fotosíntesis. Eso se debe a que los ácidos orgánicos se transportan fuera de las vacuolas y se descomponen para liberar start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript, que entra en el ciclo de Calvin. Esta liberación controlada mantiene una alta concentración de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript alrededor de la rubiscostart superscript, 4, end superscript.
La vía CAM necesita ATP en varios pasos (no se muestran), así que, al igual que la fotosíntesis start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript, no es un "regalo" energético cubed. Sin embargo, las especies de plantas que usan la fotosíntesis CAM no solo evitan la fotorrespiración, sino que también usan el agua de forma muy eficiente. Sus estomas solo se abren por la noche, cuando la humedad tiende a subir y la temperatura a bajar, y ambos factores reducen la pérdida de agua de las hojas. Las plantas CAM suelen predominar en zonas muy cálidas y secas, como los desiertos.
Comparaciones entre plantas start text, C, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript y CAM
Las plantas start text, C, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript y CAM utilizan el ciclo de Calvin para formar azúcares a partir de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript. Estas vías para fijar start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript tienen varias ventajas y desventajas y permiten que las plantas estén aptas para diferentes hábitats. El mecanismo de las plantas start text, C, end text, start subscript, 3, end subscript funciona bien en ambientes frescos, mientras que las plantas start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript y CAM están adaptadas a climas cálidos y secos.
Las vías start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript y CAM han evolucionado independientemente muchas veces, lo cual indica que pueden dar a las especies de plantas en climas cálidos una ventaja evolutiva considerablestart superscript, 5, end superscript.
| Tipo | Separación de la fijación inicial de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript y el ciclo de Calvin | Estomas abiertos | Mejor adaptados a |
|---|---|---|---|
| start text, C, end text, start subscript, 3, end subscript | No hay separación | Día | Ambientes frescos y húmedos |
| start text, C, end text, start subscript, 4, end subscript | Entre el mesófilo y las células del haz vascular (en el espacio) | Día | Ambientes cálidos y soleados |
| CAM | Entre el día y la noche (en tiempo) | Noche | Ambientes muy cálidos y secos |
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Si todos los árboles utilizan la vía C3 que hace que estén mejor adaptados a ambientes frescos y húmedos, cómo se explica que haya tantos árboles en selvas y bosques tropicales y subtropicales donde hay elevadas temperaturas ?(6 votos)- Pero también existe una alta humedad, que no hace necesario que las hojas cierren sus estomas para conservar la humedad y que a su vez permite el flujo normal de entrada y salida de todo el resto de los gases sin alterar el coeficiente de concentración del CO2/O2.(5 votos)
- ¿El rpoceso de fotosintesis de las plantas C3 es el normal?(3 votos)
- si, debido a que se desarrolla en un clima templado(1 voto)
- Todas las especies arbóreas tienen vía C4?(2 votos)
- tengo una duda, en el caso de las plantas C4 y CAM, las reacciones dependientes de la luz ocurren igual que las planstas C3?, ya me confundí un poco, porque de dónde obtienen los ATP y NADPH necesarios para realizar esas como "extenciones" del ciclo de calvin.(2 votos)
en la parte donde dice https://en cambia la ¨n¨ por ¨¨s¨ preciona la tecla enter y la pagina se tendra que poner en español :) suerte :)(1 voto)
- Me podrías mostrar ejemplos de plantas C3 y C4(1 voto)
- Hola!
alguien sabe que significa EUA? por favor(1 voto) - al parecer no me quedo claro las enzimas que nesecitan las plantas en estos dos procesos
¿La enzima encargada de la síntesis de ácido carbónico en C4 y CAM?
¿La enzima que fija en inicialmente el CO2 en plantas C4?(1 voto) - las plantas C4 tienen una fotorespiracion superior que las plantas C3?(1 voto)