A maioria dos cactos realiza fotossíntese semelhante a CAM, também conhecida como metabolismo ácido das crassuláceas.

A fotossíntese do grego φῶς ( fos , luz) e σύνθεσις ( síntese , síntese), é o processo pelas plantas e outros organismos fotossintéticos para transformar a energia da luz solar em energia química .

Graças à fotossíntese, a energia da luz solar é armazenada em moléculas orgânicas , principalmente carboidratos , que podem posteriormente ser usados como combustível para atividades e funções celulares.

A maioria das plantas fotossintetiza, com exceção de algumas plantas parasitas, e também da maioria das algas e cianobactérias . Todos são organismos fotoautotróficos que realizam um tipo de fotossíntese: a fotossíntese oxigenada , assim chamada por gerar oxigênio molecular (O 2 ) como subproduto.

A reação global deste tipo de fotossíntese é a seguinte: combina dióxido de carbono (CO 2 ) e água (H 2 O) com a ajuda da energia luminosa e gera glicose e oxigênio:

6CO 2 + 12H 2 O + Luz → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O

Essa reação é oposta à que ocorre nas mitocôndrias das células humanas, onde a glicose é “queimada” e produz dióxido de carbono e água.

Existem outros tipos de fotossíntese que não utilizam a água como substrato e que geram resíduos além do oxigênio. Esses tipos de fotossíntese formariam o grupo da fotossíntese anoxigênica . Por exemplo, bactérias de enxofre usam sulfeto de hidrogênio e produzem enxofre em vez de oxigênio:

CO 2 + 2H 2 S + Luz → [CH 2 O] + H 2 O + 2S

Os 3 tipos de fotossíntese nas plantas

Além de ser capaz de distinguir entre fotossíntese oxigenada e anoxigênica, existem subtipos dentro de cada grupo. Três tipos principais de fotossíntese são conhecidos nas plantas:

  • Fotossíntese C3
  • Fotossíntese C4
  • Fotossíntese CAM

A fotossíntese C3 é a mais comum (não apenas em plantas, mas também em algas e bactérias), enquanto a fotossíntese C4 e CAM é usada por plantas típicas de condições áridas que estão sujeitas a condições de altas temperaturas e baixa umidade, por isso muitas vezes são pensadas de como adaptações evolutivas a esses ambientes.

Fotossíntese C3

Plantas C3 usam uma via fotossintética incorporando atmosfera de CO 2 em uma reação cuja primeira molécula orgânica contém três átomos de carbono , o ácido fosfoglicérico (PGA, do inglês ácido fosfoglicérico ).

A enzima responsável por catalisar esta primeira reação fotossintética é a rubisco (também escrita RuBisCO), abreviação de ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase / oxigenase . A rubisco é considerada a enzima proteica mais abundante da biosfera.

Como o próprio nome indica, a rubisco catalisa o mesmo processo no sentido oposto, é capaz de carboxilação e oxigenação:

  • Durante a fotossíntese , a rubisco fixa o CO 2 na atmosfera e carboxila o bifosfato de ribulose.
  • Durante a fotorrespiração , a rubisco pode levar oxigênio da atmosfera para oxidar a ribulose e liberar CO 2 . A fotorrespiração é ativada em condições de alta luz e alta temperatura .

A fotossíntese C3 é a mais comum observada na natureza sob condições normais de luz e temperatura. A fotossíntese ocorre ao longo da folha e dos estômatos, os poros pelos quais CO2, O2 e H2O são trocados com a atmosfera, permanecem abertos durante o dia .

Enquanto os estômatos estão abertos, a planta perde água com a transpiração, o que pode ser um problema em ambientes áridos e com altas temperaturas. Aqui, as plantas C4 e CAM usam vias metabólicas alternativas que envolvem o uso mais eficiente da água, bem como evitam que a rubisco ative a via de fotorrespiração.

Porém, em ambientes frios ou temperados e sem escassez de água, a fotossíntese C3 é mais eficiente globalmente, pois requer menos maquinário enzimático e não requer estruturas anatômicas especializadas como ocorre nos outros tipos de fotossíntese que veremos a seguir.

Fotossíntese C4

Também conhecida como rota das plantas Hatch-Slack ou C4 , é a rota fotossintética seguida por muitas plantas tropicais e ambientes quentes. O dióxido de carbono é fixado em uma primeira molécula com 4 átomos de carbono , que pode ser ácido málico ou ácido aspártico , dependendo do tipo exato de planta.

Em climas tropicais há mais radiação solar e temperaturas mais elevadas, sendo que a ativação da fotorrespiração pode representar um grande problema para a sobrevivência da planta.

Nessas plantas, como nas plantas C3, os estômatos permanecem abertos durante o dia, mas a fotossíntese não ocorre em toda a folha, mas em células internas dispostas em uma estrutura anatômica especializada chamada anatomia de Kranz .

O CO 2 é absorvido mais rapidamente do que nas plantas C3 e é fixado pela enzima PEP Carboxilase . Posteriormente, o CO 2 é transferido para a rubisco nas estruturas internas da anatomia Kranz onde a ativação da fotorrespiração é muito limitada .

Em comparação com as plantas C3, as plantas C4 têm uma taxa fotossintética mais alta em condições de alta intensidade de luz e temperatura e, uma vez que a PEP carboxilase absorve CO2 mais rapidamente, as plantas não precisam manter seus estômatos abertos por tanto tempo quanto C3, reduzindo assim a transpiração e melhorando a eficiência do uso da água .

Existem milhares de plantas que realizam a fotossíntese C4 pertencentes a pelo menos 19 famílias.

Fotossíntese CAM

Os estandes CAM vêm do inglês Crassulacean Acid Metabolism ( crassulacean metabolismo ácido ) e referem-se a uma via fotossintética especial observada pela primeira vez na família Crassulaceae e difere consideravelmente da fotossíntese C3 e C4

Enquanto nas plantas C3 e C4 a absorção e fixação de CO 2 ocorrem durante o dia, nas plantas CAM ambos os processos são separados no tempo .

As plantas CAM absorvem CO 2 durante a noite e armazenam-no em vacúolos na forma de ácido málico. No dia seguinte, quando há luz, o CO 2 é liberado do ácido málico e fornecido ao ciclo de Calvin para sintetizar carboidratos.

Uma das principais vantagens adaptativas dessas plantas é que podem manter os estômatos fechados nas horas mais quentes do dia , minimizando assim a perda de água pela transpiração.

Além disso, essas plantas podem sobreviver em condições de baixa concentração de CO 2 , pois o retiram e armazenam durante a noite, tendo como exemplo as plantas submersas de água doce.

As plantas CAM incluem muitas suculentas, suculentas e cactos . Também algumas orquídeas e bromélias como o abacaxi.