Principal diferença - plantas C3 vs C4

As plantas C3 e C4 são dois tipos de plantas que usam os ciclos C3 e C4 durante a reação no escuro da fotossíntese, respectivamente. Cerca de 95% das plantas na Terra são plantas C3. A cana-de-açúcar, o sorgo, o milho e as gramíneas são plantas C4. As folhas das plantas C4 exibem anatomia Kranz. As plantas C4 são capazes de fotossintetizar mesmo em baixas concentrações de dióxido de carbono, bem como em condições quentes e secas. Portanto, a eficiência da fotossíntese em plantas C4 é maior do que sua eficiência em plantas C3. o principal diferença entre as plantas C3 e C4 é que a fixação única de dióxido de carbono é observada em plantas C3 e a fixação dupla de dióxido de carbono é observada em plantas C4.

Este artigo explora,

1. O que são plantas C3 - Definição, características, recursos, exemplos 2. O que são plantas C4 - Definição, características, recursos, exemplos 3. Qual é a diferença entre plantas C3 e C4

O que são plantas C3

As plantas C3 usam o ciclo de Calvin como mecanismo para a reação no escuro na fotossíntese. O primeiro composto estável produzido no ciclo de Calvin é o 3-fosfoglicerato. Como o 3-fosfoglicerato é um composto de três carbonos, o ciclo de Calvin é chamado de ciclo C3. As plantas C3 fixam diretamente o dióxido de carbono pela enzima ribulose bifosfato carboxilase (rubisco). Essa fixação ocorre nos cloroplastos das células mesofílicas. O ciclo C3 ocorre em três etapas. Durante a primeira etapa, o dióxido de carbono é fixado no açúcar de cinco carbonos, ribulose 1, 5-bifosfato, que é alternativamente hidrolisado em 3-fosfoglicerato. Alguns dos 3-fosfogliceratos são reduzidos em hexose fosfatos como glicose 6-fosfato, glicose 1-fosfato e frutose 6-fosfato durante a segunda etapa. O restante 3-fosfoglicerato é reciclado, formando ribulose 1, 5-fosfato.

A faixa de temperatura ideal de plantas C3 é de 65-75 graus Fahrenheit. Quando a temperatura do solo atinge 40-45 graus Fahrenheit, as plantas C3 começam a crescer. Portanto, as plantas C3 são chamadas plantas de estação fria. A eficiência da fotossíntese torna-se baixa com o aumento da temperatura. Durante a primavera e o outono, as plantas C3 tornam-se produtivas devido à alta umidade do solo, fotoperíodo mais curto e temperatura fria. Durante o verão, as plantas C3 são menos produtivas devido à alta temperatura e menor umidade do solo. As plantas C3 podem ser anuais, como trigo, aveia e centeio, ou perenes, como festuca e pomar. Uma seção transversal da folha de Arabidopsis thaliana, que é uma planta C3, é mostrada na figura 1. As células da bainha do feixe são mostradas na cor rosa.

Figura 1: Folha de Arabidopsis thaliana

O que são plantas C4

As plantas C4 usam o ciclo Hatch-Stack como seu mecanismo de reação na reação escura da fotossíntese. O primeiro composto estável produzido no ciclo Hatch-Stack é o oxaloacetato. Como o oxaloacetato é um composto de quatro carbonos, o ciclo Hatch-Stack é chamado de ciclo C4. As plantas C4 fixam o dióxido de carbono duas vezes, nas células do mesófilo e depois nas células da bainha do feixe, pelas enzimas fosfoenol piruvato carboxilase e ribulose bifosfato carboxilase (rubisco), respectivamente. O piruvato de fosfoenol nas células mesófilas é condensado com dióxido de carbono, formando o oxaloacetato. Este oxaloacetato transforma-se em malato para ser transferido para as células da bainha do feixe. Dentro das células da bainha do feixe, o malato é descarboxilado, tornando o dióxido de carbono disponível para o ciclo de Calvin nessas células. Em seguida, o dióxido de carbono é fixado pela segunda vez dentro das células da bainha do feixe.

A temperatura ideal das plantas C4 é de 90-95 graus Fahrenheit. As plantas C4 começam a crescer a 60-65 graus Fahrenheit. Portanto, as plantas C4 são chamadas de plantas tropicais ou de estação quente. As plantas C4 são mais eficientes na coleta de dióxido de carbono e água do solo. Os poros dos estômatos de troca gasosa são mantidos fechados durante a maior parte do dia, a fim de reduzir a perda excessiva de umidade em condições secas e quentes. As plantas C4 anuais são milho, milheto e grama sudan. As plantas perenes C4 são grama bermuda, grama indiana e switchgrass. As folhas das plantas C4 exibem anatomia Kranz. As células da bainha do feixe fotossintetizante cobrem os tecidos vasculares da folha. Essas células da bainha do feixe são circundadas por células mesofílicas. Uma seção transversal de uma folha de milho, exibindo a anatomia de Kranz, é mostrada na figura 2.

Figura 2: Folha de milho

Diferença entre plantas C3 e C4

Nomes Alternativos

Plantas C3: As plantas C3 são chamadas de plantas de estação fria.

Plantas C4: As plantas C4 são chamadas de plantas de estação quente.

Kranz Anatomy

Plantas C3: As folhas das plantas C3 não têm anatomia Kranz.

Plantas C4: As folhas das plantas C4 possuem anatomia Kranz.

Células

Plantas C3: Em plantas C3, a reação escura é realizada por células mesofílicas. As células da bainha do feixe carecem de cloroplastos.

Plantas C4: Em plantas C4, a reação escura é realizada tanto pelas células do mesófilo quanto pelas células da bainha do feixe.

Cloroplastos

Plantas C3: Os cloroplastos de plantas C3 são monomórficos. As plantas C3 contêm apenas cloroplastos granulares.

Plantas C4: Os cloroplastos de plantas C4 são dimórficos. As plantas C4 contêm cloroplastos granulares e agranulares.

Retículo Periférico

Plantas C3: Os cloroplastos de plantas C3 carecem de um retículo periférico.

Plantas C4: Os cloroplastos de plantas C4 contêm um retículo periférico.

Fotossistema II

Plantas C3: Os cloroplastos das plantas C3 consistem em PS II.

Plantas C4: Os cloroplastos das plantas C4 não consistem em PS II.

Estomas

Plantas C3: A fotossíntese é inibida quando os estômatos estão fechados.

Plantas C4: A fotossíntese ocorre mesmo quando os estômatos estão fechados.

Fixação de Dióxido de Carbono

Plantas C3: Uma única fixação de dióxido de carbono ocorre em plantas C3.

Plantas C4: As fixações duplas de dióxido de carbono ocorrem em plantas C4.

Eficiência na fixação de dióxido de carbono

Plantas C3: A fixação de dióxido de carbono é menos eficiente e lenta em plantas C3.

Plantas C4: A fixação de dióxido de carbono é mais eficiente e rápida em plantas C4.

Eficiência da fotossíntese

Plantas C3: A fotossíntese é menos eficiente em plantas C3.

Plantas C4: A fotossíntese é eficiente em plantas C4.

Fotorrespiração

Plantas C3: A fotorrespiração ocorre em plantas C3 quando a concentração de dióxido de carbono é baixa.

Plantas C4: Nenhuma fotorrespiração é observada em baixas concentrações de dióxido de carbono.

Temperatura ótima

Plantas C3: A faixa de temperatura ideal de plantas C3 é de 65-75 graus Fahrenheit.

Plantas C4: A faixa de temperatura ideal de plantas C4 é de 90-95 graus Fahrenheit.

Enzima Carboxilase

Plantas C3: A enzima carboxilase é rubisco em plantas C3.

Plantas C4: A enzima carboxilase é PEP carboxilase e rubisco em plantas C4.

Primeiro composto estável na reação escura

Plantas C3: O primeiro composto estável produzido no ciclo C3 é um composto de três carbonos chamado ácido 3-fosfoglicérico.

Plantas C4: O primeiro composto estável produzido no ciclo C4 é um composto de quatro carbonos chamado ácido oxaloacético.

Conteúdo de proteína da planta

Plantas C3: As plantas C3 contêm alto teor de proteína.

Plantas C4: As plantas C4 contêm baixo teor de proteína em comparação com as plantas C3.

Conclusão

As plantas C3 e C4 usam reações metabólicas distintas durante a reação no escuro da fotossíntese. As plantas C3 usam o ciclo Calvin, enquanto as plantas C4 usam o ciclo Hatch-Slack. Em plantas C3, a reação escura ocorre nas células do mesófilo pela fixação do dióxido de carbono diretamente na ribulose 1, 5-bifosfato. Em plantas C4, o dióxido de carbono é fixado em fosfoenol piruvato, formando malato a fim de ser transferido para as células da bainha onde ocorre o ciclo de Calvin. Portanto, o dióxido de carbono é fixado duas vezes em plantas C4. Para se ajustar ao mecanismo C4, as folhas das plantas C4 exibem anatomia Kranz. A eficiência da fotossíntese é alta em plantas C4 quando comparada a plantas C3. As plantas C4 são capazes de realizar a fotossíntese mesmo após o fechamento dos estômatos. Portanto, a principal diferença entre as plantas C3 e C4 são suas reações metabólicas, operando durante a reação escura da fotossíntese.

Referência: 1. Berg, Jeremy M. “The Calvin Cycle Synthesizes Hexoses from Carbon Dioxide and Water.” Bioquímica. 5ª edição. Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA, 01 de janeiro de 1970. Web. 16 de abril de 2017. 2. Lodish, Harvey. “CO2 Metabolism during Photosynthesis.” Molecular Cell Biology. 4ª edição. Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA, 01 de janeiro de 1970. Web. 16 de abril de 2017.

Cortesia de imagem: 1. “Corte transversal de Arabidopsis thaliana, uma planta C3” Por Ninghui Shi - Trabalho próprio (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia 2. “Corte transversal de milho, uma planta C4” Por Ninghui Shi - Trabalho próprio, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia