Diferenças básicas entre plantas C3, C4, MAC

Caracteristica C3 C4 MAC

Anatomia Células mesófilo Células mesófilo Células com grandes

e bainha do feixe vacúolos

Taxa de cresc. 1 4 0,02

(g. dm-2dia-1)

Estômatos Abertos de dia Abertos de dia Fechados de dia

Temp. Ótima 20-30 oC 30-45 oC 30-45 oC

Enz. chave Rubisco PEPcase,Rubisco PEPcase,Rubisco

Fotorrespir. Alta Baixa Baixa

Atividades da Rubisco:

Carboxilase

Oxigenase

-Reage com o CO2

-Reage com o O2

Fotorrespiração

Fotossíntese

FOTORRESPIRAÇÃO (FTR)

• Quando Rubisco reage com o O2

• Fotorrespiração é a perda de CO2 adicional àrespiração mitocondrial

• Ocorre em altos níveis de luz, temperatura e[O2]

• Reduz a fotossíntese líquida (FL)

FTR afeta a fotossíntese líquida

FL = Fotossíntese líquida Crescimento

FB = Fotossíntese bruta

R = Respiração (RM + FTR)

RM = Respiração mitocondrial

FTR = Fotorrespiração

FL = FB – R (RM + FTR)

Durante o ciclo de vida das plantasa proporção média de FB:R é de 2,5:1

Possíveis relações entre FB e R

•FB > R crescimento favorecido•FB = R crescimento ñ favorecido•FB < R crescimento ñ favorecido

2 X RuBP + O2

(5C)

Rubisco (oxigenase)

2 X Ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA)

(3 C)2 X Ácido fosfoglicólico (2 C)

Ciclo de

Calvin-Benson2X Ácido glicólico (2C)

fosfatasePi

cloroplasto

peroxissoma

2X Ácido glicólico

2X Glicina (2C)

O2

H2O2

2 X Glicina (2C) 1 X Serina (3C)

NAD+ NADH

NH4+ + CO2mitocôndria

Serina

Glicerato

NAD+

NADH

Glicerato (3C)

ADP

ATP

FOTORRESPIRAÇÃO

Ocorrência simultânea da fotossíntese e fotorrespiração

Fase fotoquímica eCiclo de Calvin-Benson

Fotorrespiração (FTR)

LUZ

FOTORRESPIRAÇÃO

•O balanço entre a fotossíntese e afotorrespiração é determinado por 3fatores:

1)As propriedades cinéticas da enzimaRUBISCO

2)As concentrações de CO2 e O2

3)Temperatura

• Razão de [CO2]/[O2] diminui nos tecidosvegetais com o aumento da temperatura

FOTORRESPIRAÇÃO (FTR)

•A função biológica da fotorrespiraçãoainda é motivo de debate!É possível que a FTR seja importante em condições dedéfict hídrico (ex. alta irradiância com fechamentoestomático): Dissipar excesso de energia (excesso deATP e NADPH)

Estudos com mutantes e plantas transgênicas C3 que nãofotorrespiram sugerem que a FTR pode proteger as plantasC3 da foto-oxidação e foto-inibição.

-FTR +FTR

2 X RuBP + O2

(5C)

Rubisco (oxigenase)

2 X Ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA)

(3 C)2 X Ácido fosfoglicólico (2 C)

Ciclo de

Calvin-Benson2X Ácido glicólico (2C)

fosfatasePi

cloroplasto

Glicerato (3C)

ADP

ATP

FOTORRESPIRAÇÃO

Glicerato (3C)

CO2

Biologia sintética: inserção de enzimas bacterianas de

fotorrespiração em plantas- Libera CO2 no cloroplasto

FATORES QUE AFETAM A FOTOSSÍNTESE

1.LUZ

2. [CO2]/[O2]

3.Disponibilidade de H2O

4. Temperatura

5.Fatores inerentes as plantas: plantas de sol eplantas de sombra, atividade da Rubisco e doCiclo de Calvin-Benson

Fot

ossínt

ese

líquida (FL)

Nível de luz (kilolux)

Planta C4

PlantaC3

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Efeito da Luz

S

S

S = ponto de saturação de luz

folha de sol folha de sombra

DISSIPAÇÃO DO EXCESSO DE LUZ

• Pigmentos fotoprotetores• Beta-caroteno e xantofilas (violaxantina,

anteraxantina e zeaxantina) dissipam o excesso de energia luminosa na folha

• Caso não seja dissipado o excesso de luz pode haver Foto-inibição e Foto-oxidação

• Plantas de sol tem mais xantofilas

• Folhas de uma mesma árvore podem se adaptar a condições de alta e baixa luminosidade.

Fot

ossínt

ese

líquida

LUZ

folha de sol

folha de sombra

Efeito da Luz

- O ponto de compensação de luz para as folhas de sol é maior (10 a 20 micromoles de quanta m-2 s-1) do que nas folhas de sombra (1 a 5 micromoles de quanta m-2 s-1). - folhas de sombra tem menos cloroplastos, por isso saturam com luz rapidamente. São mais sensíveis ao sol, podendo haver foto-inibição e foto-oxidação

C

C = ponto de compensação de luz

(uMoles quanta m-2 s-1) 5 15

Efeito da Temperatura

Fot

ossínt

ese

líquida

Efeito do O2

Soja: metabolismo C3

Efeito do CO2

[CO2] ppm

Abso

rção

de C

O2

Lib

era

ção

de C

O2

C

S

C = ponto de compensação de CO2

S = ponto de saturação de CO2

Efeito do CO2Fo

toss

ínte

se lí

qu

ida

*As espécies com metabolismo C4

necessitam de menosrubisco que as C3.Portanto, requeremmenos nitrogênio para

crescer.

*C4 também podemanter

estômatos menos abertos

DIFERENÇAS ENTRE PLANTAS METABOLISMOs C3, C4 E MAC

Ponto de Compensação de CO2 (FB = R)

• C3 = 50 ppm• C4 = 5 ppm•MAC = 2 ppm

- Ponto de Saturação de CO2

•C3 = 800ppm•C4 = 200ppm•MAC = 200ppm

CO2,O2 e produtividade

Como a fotossíntese mudaráno futuro sob condições de aumento de [CO2] e temperatura?

FACE: Free Air CO2 Enrichment