Il regno vegetale ha sviluppato diverse strategie per sopravvivere. Alcuni sono visibili, come ad esempio le spine dei cactus, che altro non sono che foglie modificate che hanno sostituito la capacità di fotosintetizzare con quella di proteggere il corpo di queste piante. Ma ce ne sono altri che non lo sono, come il cosiddetto piante C4.
Sono piante che generalmente vivono in regioni aride o semiaride, quindi si sono evoluti per ridurre la perdita di anidride carbonica (CO2) durante la fotosintesi, poiché questo è un gas essenziale durante il processo di trasformazione dell'energia del Sole in cibo per le piante.
Caratteristiche della fotosintesi delle piante C4
Immagine - Wikimedia / Ninghui Shi
Per comprendere meglio le piante C4, spiegheremo prima la fotosintesi che conosciamo meglio, principalmente perché è quella che si studia a scuola, C3. È consiste nell'assorbimento di energia solare e anidride carbonica attraverso i cloroplasti delle cellule trovato nelle parti verdi o fotosintetiche delle piante, e acqua dalle radici, per trasformarla in cibo attraverso una serie di reazioni chimiche.
All'inizio, questa energia luminosa si trasforma in energia chimica, essendo le molecole NADPH (nicotina adenina dinucleotide fosfato) e ATP (adenosina trifosfato, la prima a immagazzinarla. Ma in seguito, queste molecole sintetizzano i carboidrati quando l'anidride carbonica viene ridotta.
L'ultima fase di questo processo è quando le piante utilizzano l'energia che hanno ottenuto durante il giorno per fissare il carbonio dell'anidride carbonica sotto forma di glucosio. Questo fa parte del ciclo di Calvin.
Ma la fotosintesi nelle piante C4 è diversa. Hanno due tipi di cloroplasti. Alcuni sono accanto ai vasi conduttori (potremmo dire che sono l'equivalente delle vene degli animali), e altri che si trovano nelle cellule del parenchima clorofilliano periferico, che sono quelle più vicine ai margini delle foglie. Queste ultime sono anche chiamate cellule mesofile, e sono quelle che hanno cloroplasti che fisseranno l'anidride carbonica con l'aiuto della molecola PEPA (acido fosfoenolpiruvico) e dell'enzima fosfoenolpiruvato carbossilasi.
Da queste molecole, verrà generato acido ossalacetico, che è composto da 4 atomi di carbonio (motivo per cui sono conosciute come piante C4). Questo viene poi trasformato in acido malico, e cioè quando passa ai cloroplasti che contengono le cellule interne dei vasi conduttori attraverso i plasmodesmi (queste sono strutture che possiede la parete che circonda il nucleo cellulare, il citoplasma). La CO2 verrà rilasciata in essi e il ciclo di Calvin può continuare.
Clima e piante C4
Le piante che vivono in zone calde e secche hanno molte più difficoltà delle altre ad evitare la perdita d'acqua. Ma per vivere bisogna respirare, e così facendo è inevitabile perdere acqua. Pertanto, quando le temperature sono elevate, gli stomi (pori) delle foglie si chiudono, e così facendo l'ossigeno generato durante la fotosintesi ne aumenta la concentrazione.
In situazioni normali, quando la quantità di ossigeno e anidride carbonica è bilanciata, l'enzima responsabile della fissazione del carbonio (RuBisCO) può svolgere la sua funzione senza problemi. Ma quando la concentrazione di CO2 è inferiore a quella di ossigeno, questo enzima catalizza quest'ultimo gas e non la CO2, che è ciò che accade negli impianti C4.
Questi sono molto speciali, perché oltre ad avere due tipi di cloroplasti (vedi sezione superiore), l'enzima fosfoenolpiruvato carbossilasi, che è uno di quelli coinvolti nella fissazione del carbonio, supporta alte concentrazioni di ossigeno.
Quali sono i vantaggi delle piante C4?
Ci sono diversi importanti vantaggi che queste piante hanno:
- Di solito, crescere più velocemente rispetto alle piante C3.
- Fanno un uso migliore del carbonio, sia per produrre più radici e/o più foglie.
- Perdi meno acqua durante la fotosintesi (secondo questo articolo, si stima che perdano 277 molecole d'acqua per ogni molecola di CO2, mentre le piante C3 perdono 833 molecole d'acqua per ciascuna di CO2 fissata).
- Aumenta la produzione di glucosio, che è il risultato finale della fotosintesi.
- Possono vivere sulla terra dove c'è poca acqua.
Per tutti questi motivi stanno diventando sempre più interessanti, soprattutto per la coltivazione in climi secchi.
Cosa sono le piante C4?
Ci sono molte piante che svolgono la fotosintesi C4. Per esempio, mais, erba, amaranto, canna da zucchero, sorgo o segale. Sono quelli che hanno tessuti meno densi rispetto a quelli che provengono da climi temperati, come ad esempio aceri o camelie.
Pertanto, conoscerli può essere molto utile per sapere cosa coltivare in aree dove c'è poca disponibilità di acqua.