Metabolismo C4

La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas y algunos organismos unicelulares utilizan la energía de la luz para convertir el dióxido de carbono (CO₂) y el agua en glucosa y oxígeno. La glucosa se utiliza como fuente de energía y de carbono para la síntesis de compuestos orgánicos necesarios para el crecimiento y desarrollo de la planta y el oxígeno se libera al ambiente como subproducto.

Sin embargo, no todas las plantas llevan a cabo la fotosíntesis de la misma manera. Algunas plantas han desarrollado una adaptación fisiológica especializada conocida como el metabolismo C4, que les permite maximizar la eficiencia de la fotosíntesis en ambientes con altas temperaturas y alta luminosidad.

La fotosíntesis C4 se lleva a cabo en una estructura especializada llamada mesófilo, que es una capa de células ubicadas entre la epidermis del haz y del envés de la hoja. En estas células, se lleva a cabo un proceso llamado ciclo del aspartato, en el que se utiliza un compuesto llamado oxalacetato (una cadena de 4 carbonos) como intermediario metabólico en lugar del 3-fosfoglicerato (cadena de 3 carbonos) utilizado en la fotosíntesis tradicional. El oxalacetato se convierte en malato y pasa al cloroplasto.

Allí se convierte en piruvato liberando una molécula de CO₂ en el proceso. Y ese CO₂ se utiliza por la ribulosa-1,5-bisfosfato para iniciar el ciclo de Calvin que ya vimos en su momento.

Esta separación espacial entre la captura y la utilización del CO₂ permite a las plantas C4 almacenar temporalmente el CO₂ capturado y liberarlo lentamente a las células del cloroplasto para su utilización en la fotosíntesis. Esto reduce la pérdida de CO₂ debido a la alta tasa de fotorespiración en condiciones de alta temperatura y alta luminosidad. Además, las plantas C4 tienen una enzima especializada llamada PEP carboxilasa que es capaz de capturar el CO₂ en un ambiente con altas concentraciones de oxígeno, lo que reduce aún más la pérdida de CO₂.

Además de su eficiencia en la captura de CO₂, la fotosíntesis C4 también tiene otras ventajas. Por ejemplo, las plantas C4 pueden utilizar una variedad de fuentes de nitrógeno, lo que les permite competir de manera efectiva en ambientes con bajas concentraciones de nitrógeno. También son capaces de tolerar una amplia gama de niveles de salinidad, lo que les permite competir en ambientes costeros y salinos. Además, la fotosíntesis C4 permite a las plantas reducir la cantidad de clorofila necesaria para la fotosíntesis, lo que les permite reducir la pérdida de agua a través de la transpiración.

Sin embargo, el metabolismo C4 también tiene sus desventajas. Es más costoso en términos de energía y requiere de una mayor cantidad de enzimas y proteínas especializadas para funcionar. Además, las plantas C4 son menos eficientes en condiciones de baja luminosidad y baja temperatura, lo que las hace menos competitivas en ambientes con menor radiación solar. También puede haber un mayor costo en términos de nutrientes y agua para mantener la estructura y funcionamiento del mesófilo.

En general, el metabolismo C4 es una adaptación importante que permite a algunas plantas competir y sobrevivir en ambientes desafiantes, pero su uso se limita a ciertas condiciones climáticas y a ciertas especies vegetales en específico. Es importante tener en cuenta que cada especie vegetal es diferente y tiene adaptaciones específicas para sobrevivir en su entorno, y el metabolismo C4 es solo una de las muchas adaptaciones existentes.

Si en la entrada anterior os contaba que la mayoría de las plantas tenían metabolismo C3, solo hay una pequeña proporción de plantas que utilicen el metabolismo C4. Entre ellas se encuentran muchas herbáceas como el maíz, el centeno o la piña, y algunas especies de Cosmos, Dahlia y Coreopsis.

Pero no queda aquí el tema. Además de las plantas C3 y C4, también existe el metabolismo CAM (Crassulacean Acid Metabolism) que se utiliza en plantas que habitan en ambientes con escasez de agua y fluctuaciones extremas en la disponibilidad de CO₂. No os preocupéis porque ya hablaremos de él en otro momento.