Piante C4
Piante C4
Le piante C4 sono un gruppo di piante caratterizzate da una particolare modalità di fotosintesi, che le differenzia da un’altra categoria di piante chiamate piante C3. La nomenclatura deriva dal numero di atomi di carbonio nel primo composto chimico che viene prodotto durante il processo fotosintetico.
Le piante C4 sono state classificate come un adattamento evolutivo che consente loro di crescere in ambienti caldi e secchi, dove la disponibilità di acqua potrebbe essere limitata e dove le piante C3 potrebbero avere difficoltà a sopravvivere. Questo tipo di fotosintesi è spesso associato a piante tropicali e di tipo erbaceo.
La principale differenza tra le piante C4 e C3 è nella loro struttura anatomica e biochimica, che consente alle piante C4 di essere più efficienti nell’assorbire e utilizzare la CO2 atmosferica durante la fotosintesi.
Nei tessuti delle piante C4, la CO2 atmosferica viene catturata e convertita in un composto a quattro atomi di carbonio, il fosfoenolpiruvato (PEP), attraverso una serie di reazioni chimiche iniziali che avvengono nelle cellule mesofille. Questo composto viene quindi trasportato verso le cellule del bundle-sheath, un tessuto specializzato, dove avviene il ciclo di Calvin, una fase della fotosintesi che coinvolge la fissazione della CO2 in zuccheri utilizzabili.
Questo meccanismo permette alle piante C4 di concentrare la CO2 vicino aglli enzimi fotosintetici, riducendo così la perdita di acqua per evaporazione (traspirazione) e aumentando l’efficienza fotosintetica in condizioni di caldo e aridità.
Esempi di piante C4 sono: il mais, la canna da zucchero, il sorgo e diverse specie di erbe tropicali. Le piante C4 sono state oggetto di intensa ricerca e interesse scientifico per comprendere le loro strategie di adattamento all’ambiente e per valutare il loro ruolo nel contesto dei cambiamenti climatici e dell’agricoltura sostenibile.
Nelle piante di tipo C4 la biochimica ricopre un aspetto fondamentale della fisiologia delle stesse.
Come detto, le piante C4 sono un gruppo di piante che hanno sviluppato un meccanismo di fotosintesi aggiuntivo per adattarsi a condizioni climatiche calde e secche, permettendo loro di massimizzare l’assimilazione del carbonio e di ridurre la perdita di acqua durante la fotosintesi.
Di seguito sono presenti alcuni punti chiave sulla biochimica delle piante C4:
1. Fissazione del carbonio: Le piante C4 possiedono un sistema di fissazione del carbonio che è separato spazialmente in diverse cellule. Il carbonio atmosferico viene prima fissato in un composto a 4 atomi di carbonio, l’acido malico, nelle cellule mesofille.
2. Ciclo di Hatch-Slack (o Ciclo C4): L’acido malico viene quindi trasportato dalle cellule mesofille alle cellule guaina dei fasci vascolari, dove avviene la decarbossilazione, liberando il biossido di carbonio (CO2) all’interno delle cellule guaina.
3. Fotosintesi C4: A questo punto, il CO2 viene utilizzato nel ciclo di Calvin nelle cellule guaina dei fasci vascolari per la fotosintesi vera e propria. Questa separazione spaziale della fissazione del carbonio (nelle cellule mesofille) e del ciclo di Calvin (nelle cellule guaina dei fasci vascolari) consente una maggiore efficienza nella cattura del carbonio e una riduzione dell’effetto fotorespiratorio rispetto alle piante C3.
4. Adattamento all’ambiente: Il meccanismo C4 è particolarmente vantaggioso per le piante che crescono in ambienti caldi e secchi, dove l’evaporazione dell’acqua attraverso gli stomi (piccole aperture sulla superficie delle foglie) può essere una sfida. Le piante C4 riducono la perdita di acqua durante la fotosintesi e possono sopportare meglio condizioni di siccità rispetto alle piante C3.
5. Efficienza fotosintetica: Grazie al meccanismo C4, queste piante hanno una maggiore efficienza fotosintetica e quindi una maggiore produttività rispetto alle piante C3 in determinate condizioni ambientali.
Si definiscono, pertanto, piante C4 alcune specie di piante dei climi caldi ma con ridotta disponibilità idrica, come ad esempio il mais, il sorgo e la canna da zucchero, che usufruiscono di una via differente per la fissazione della CO2 (uno dei passaggi necessari per portare a termine il processo fotosintetico). Queste piante hanno sviluppato una via alternativa al ciclo di Calvin-Benson, organizzata sulla presenza di due tipi di cellule funzionalmente e morfologicamente diverse, le cellule del mesofillo e quelle della guaina del fascio. La fotosintesi C4 è perciò, insieme alla fotosintesi CAM, un adattamento adottato da alcune specie di piante, viventi in climi aridi, per risparmiare acqua nella fase di fissazione del carbonio. Questa via biosintetica fu scoperta nel 1966 da due ricercatori australiani, M. D. Hatch e C. R. Slack, e viene infatti anche indicata come via biosintetica di Hatch-Slack.
Fonte foto:
– https://en.wikipedia.org/wiki/C4_carbon_fixation#/media/File:C4_Plant_Anatomy.svg
– https://it.wikipedia.org/wiki/Piante_C4#/media/File:HatchSlackpathway2.svg