Qual a diferença entre plantas C3 e C4?

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.