Qual é a vantagem da fotossíntese C4?

A fotossíntese é um processo que usa água, dióxido de carbono (CO2) e energia solar para sintetizar açúcares. É realizado por muitas plantas, algas e bactérias. Em plantas e algas, a fotossíntese ocorre em partes especiais da célula chamadas cloroplastos; localizado nas folhas e caules. Enquanto a maioria das plantas realiza o que é conhecido como fotossíntese C3, as plantas que se adaptaram a ambientes quentes realizam uma forma modificada conhecida como fotossíntese C4.

Neste tipo de fotossíntese, o CO2 ambiental é primeiro incorporado em ácidos de 4 carbonos em células conhecidas como mesófilos. Esses ácidos são transportados para outras células conhecidas como células da bainha do feixe. Nessas células, a reação é revertida, o CO2 é liberado e subsequentemente usado na via fotossintética normal (C3). A incorporação de CO2 em compostos de 3 carbonos é catalisada por uma enzima conhecida como Rubisco.

Em ambientes quentes e secos, a fotossíntese C4 é mais eficiente do que a fotossíntese C3. Isto é devido a duas razões. A primeira é que o sistema não sofre fotorrespiração, um processo que vai contra a fotossíntese (veja abaixo). A segunda é que as plantas podem manter os poros fechados por mais tempo, evitando a perda de água.

Este é um processo no qual, em vez de adicionar CO2 ao açúcar em crescimento, a Rubisco adiciona oxigênio. Em situações nas quais a fotossíntese ocorre rapidamente (em alta temperatura, altos níveis de luz ou ambos), há tanto O2 disponível que essa reação se torna um problema significativo. As plantas C4 resolvem esse problema mantendo uma alta concentração de CO2 na parte relevante da folha (as células da bainha do feixe).

As plantas trocam gases, CO2 e O2, com seu ambiente por meio de poros conhecidos como estômatos. Quando os estômatos estão abertos, o CO2 pode se difundir para ser usado na fotossíntese e o O2, um produto da fotossíntese pode se difundir para fora. Porém, quando os estômatos estão abertos, a planta também perde água devido à transpiração, e esse problema é potencializado em climas quentes e secos. As plantas que realizam a fotossíntese C4 podem manter seus estômatos fechados mais do que seus equivalentes C3 porque são mais eficientes na incorporação de CO2. Isso minimiza a perda de água.

Embora a fotossíntese C4 seja claramente vantajosa em climas quentes e secos, isso não é verdade em climas frios e úmidos. Isso ocorre porque a fotossíntese C4 é mais complexa: ela tem mais etapas e requer uma anatomia especializada. Por esse motivo, a menos que a fotorrespiração ou a perda de água sejam problemas significativos, a fotossíntese C3 é mais eficaz. É por isso que a maioria das plantas realiza fotossíntese C3.