Piante C3
Piante C3
Le piante C3 sono delle specie vegetali che utilizzano una via fotosintetica chiamata ciclo C3 per fissare il biossido di carbonio (CO2) durante il processo di fotosintesi. Questa via è presente in molte piante e rappresenta il meccanismo principale attraverso cui trasformano la luce solare in energia chimica.
Durante il ciclo C3, le piante fissano il CO2 atmosferico utilizzando un enzima chiamato RuBisCO (ribulosio-1,5-bisfosfato carbossilasi/oxygenasi). Il CO2 viene convertito in un composto a tre atomi di carbonio chiamato acido 3-fosfoglicerico (3-PGA). Questo composto, a sua volta, viene convertito in zuccheri come glucosio o saccarosio, che rappresentano la principale forma di energia che le piante utilizzano per la crescita e lo sviluppo.
Tuttavia, il ciclo C3 ha alcune limitazioni, specialmente in condizioni di calore e alte concentrazioni di ossigeno. Quando le piante C3 sono esposte a elevate temperature, possono subire una reazione competitiva dell’enzima RuBisCO con l’ossigeno, anziché con il CO2, in un processo chiamato fotorespirazione. Questa fotorespirazione può comportare una perdita di energia e ridurre l’efficienza complessiva della fotosintesi.
Nello specifico si chiamano C3 poiché il primo composto organico della fotosintesi è una catena carboniosa a 3 atomi di carbonio, la 3-fosfo gliceraldeide o gliceraldeide 3-fosfato (G3P; il 3-fosfoglicerato si abbrevia invece con la sigla 3PGA), che esce dal ciclo di Calvin.
Le piante a C3 sono fotosinteticamente attive di giorno, mentre di notte chiudono gli stomi e diventano consumatrici di ossigeno. Il processo, a differenza delle piante a ciclo C4, avviene all’interno di un’unica cellula e, a differenza delle piante CAM, senza la necessità di scompartimenti.
Le piante C3 fotosintetizzano efficientemente solo a temperature moderate (la massima efficienza si ha a 20 °C) poiché, essendo gli stomi aperti di giorno, una temperatura eccessiva induce un aumento della traspirazione di acqua dalle foglie.
La fissazione del carbonio C3 è la più comune delle tre vie metaboliche per la fissazione del carbonio nella fotosintesi, le altre due sono C4 e CAM. Questo processo converte l’anidride carbonica e il ribulosio bisfosfato (RuBP, uno zucchero a 5 atomi di carbonio) in due molecole di 3-fosfoglicerato attraverso la seguente reazione: CO2 + H2O + RuBP → (2) 3-fosfoglicerato
Questa reazione fu scoperta per la prima volta da Melvin Calvin, Andrew Benson e James Bassham nel 1950. La fissazione del carbonio C3 avviene in tutte le piante come primo passo del ciclo di Calvin-Benson. (Negli impianti C4 e CAM, l’anidride carbonica viene estratta dal malato e in questa reazione piuttosto che direttamente dall’aria.)
Inoltre le piante che sopravvivono esclusivamente sulla fissazione C3 (piante C3) tendono a prosperare in aree in cui l’intensità della luce solare è moderata, le temperature sono moderate, le concentrazioni di anidride carbonica sono di circa 200 ppm o superiori, e le acque sotterranee sono abbondanti. Le piante C3, originarie del Mesozoico e del Paleozoico, sono antecedenti alle piante C4 e rappresentano ancora circa il 95% della biomassa vegetale terrestre, comprese importanti colture alimentari come riso, grano, soia e orzo.
Per questo motivo le piante C3 non possono crescere in aree molto calde al livello di CO2 atmosferico odierno (significativamente ridotto durante centinaia di milioni di anni da oltre 5000 ppm) perché l’enzima RuBisCO incorpora più ossigeno in RuBP (Ribuloso-1,5-bisfosfato) all’aumentare delle temperature. Questo porta alla fotorespirazione (nota anche come ciclo ossidativo fotosintetico del carbonio, o fotosintesi C2), che porta a una perdita netta di carbonio e azoto dalla pianta e può quindi limitare la crescita.
Le piante C3 perdono fino al 97% dell’acqua assorbita dalle loro radici per traspirazione. Nelle zone aride, le piante C3 chiudono i loro stomi per ridurre la perdita d’acqua, ma questo impedisce alla CO2 di entrare nelle foglie e quindi riduce la concentrazione di CO2 nelle foglie. Questo abbassa il rapporto CO2: O2 e quindi aumenta anche la fotorespirazione. Le piante C4 e CAM hanno adattamenti che consentono loro di sopravvivere in aree calde e secche e possono quindi competere con le piante C3 in queste aree.
Bisogna sottolineare, inoltre, che non tutti i percorsi di fissazione del carbonio C3 funzionano con la stessa efficienza.
Per esempio i bambù e il riso hanno un’efficienza C3 migliorata. Questo miglioramento potrebbe essere dovuto alla capacità di recuperare la CO2 prodotta durante la fotorespirazione; questa caratteristica viene chiamata: rifissazione del carbonio.
Queste piante ottengono la rifissazione facendo crescere estensioni di cloroplasti chiamate “stromuli” attorno allo stroma nelle cellule del mesofillo, in modo che qualsiasi CO2 fotorespirato dai mitocondri debba passare attraverso il cloroplasto riempito di RuBisCO.
Tuttavia la rifissazione viene eseguita anche da un’ampia varietà di piante.
Come detto esistono anche altri tipi di vie fotosintetiche, come il ciclo C4 e il CAM (metabolismo acido delle crassulacee), che hanno adattamenti speciali per affrontare le problematiche di fotorespirazione e rendere le piante più efficienti in determinati ambienti. Tuttavia, il ciclo C3 è il tipo di fotosintesi più diffuso e comune tra le piante.
Per quanto riguarda gli ambienti di crescita le piante C3 si trovano principalmente in ambienti con condizioni di temperatura moderate e umidità relativamente alta. Sono tipiche delle regioni temperate e subtropicali, dove le temperature non raggiungono livelli estremi né durante l’inverno né durante l’estate.
Le piante C3 includono molte piante erbacee (come il grano, l’avena, il riso), piante arbustive e alcune piante legnose. Tuttavia, è importante notare che ci sono eccezioni e alcune piante C3 possono essere adattate a climi più secchi o più caldi, ma in generale, preferiscono ambienti con temperature moderate e umidità adeguata al loro sviluppo ottimale.
Fonte foto:
– https://it.wikipedia.org/wiki/Piante_C3#/media/File:Calvin-cycle4.svg
– https://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%ADa_de_3_carbonos#/media/Archivo:Cross_section_of_Arabidopsis_thaliana,_a_C3_plant..jpg