Piante C3: esempi, ciclo di Calvin-Banson, fotorespirazione e differenze con Piante C4 (anatomia Kranz). Spiegazioni utili e fisiologia vegetale.
Le piante CAM, C3 e C4 hanno molte differenze sia da un punto di vista morfologico sia da un punto di vista funzionale. Ciò che hanno in comune è l’attività di un enzima, il più abbondante del regno vegetale, la Rubisco. Iniziamo da qui.
Piante C3, fotorespirazione
La Rubisco è quell’enzima che può fissare sia Carbonio sia l’ossigeno molecolare. Quando la Rubisco reagisce con il biossido di carbonio produce due molecole 3-fosfoglicerato, indispensabili per dare il via al ciclo di Calvin-Banson (ciclo C3). Il ciclo C3 serve alle piante per l’accrescimento, per produrre zuccheri e biomassa.
Quando la Rubisco reagisce con l’ossigeno, dà il via alla fotorespirazione che produce, invece, una molecola di 2-fosfoglicolato e solo una molecola di 3-fosfoglicerato. Tale reazione è considerata limitante per la crescita e lo sviluppo della pianta.
Non è un caso che nelle piante C3, la fotorespirazione si verifica quando le condizioni ambientali non sono ottimali. La fotorespirazione, anche se viene descritta come un processo limitante per la crescita delle piante C3, è un fenomeno importante. Si verifica quando gli stomi sono chiusi, in questa situazione non può entrare CO2 e la cellula tende ad accumulare ossigeno.
L’ossigeno è pericoloso perché la cascata di elettroni provenienti dai Fotosistemi (fotosintesi) può produrre superossido, molto instabole e dannoso.
Quindi, anche se molti autori ti diranno che la fotorespirazione è un meccanismo che frena la crescita delle piante, in realtà sta salvaguardando la vita cellulare. La Fotorespirazione:
- riesce a smaltire ossigeno pericoloso per la cellula
- produce intermedi utili per fissare azoto e zolfo
- produce CO2 che non può entrare nella cellula a stomi chiusi
- produce una molecola di 3-fosfoglicerato utile per mantenere livelli basali di ciclo di Calvin-Banson
Nell’articolo differenze tra piante C3 e C4, ti ho già spiegato molto sull’attività di questo enzima. A differenza delle piante C4 e CAM, nelle piante C3 la Rubisco non gode di un sistema di concentrazione e accumulo della CO2, quindi a seconda delle condizioni che si verificano nella cellula, può legare sia CO2 che O2.
Anatomia delle piante C3
Nelle piante C3 possiamo descrivere quattro differenti compartimenti morfologici. Osservando la lamina fogliare, possiamo segnalare:
– Epidermide superiore
Serve a impermeabilizzare la foglie, è priva di cellule fotosintetiche e ricca di sostanze come cere e suberina.
-Parenchima a palizzata
Soprannominato così per il suo aspetto, è caratterizzato infatti da cellule allungate e con intensa attività fotosintetica.
-Parenchima lacunoso
E’ caratterizzato da cellule che si organizzano in maniera più lassa, gli spazi vengono chiamati “lacune” e servono per favorire gli scambi gassosi.
-Epidermide inferiore
E’ caratterizzata dalla presenza di stomi, cellule fotosintetiche che consentono il fenomeno della traspirazione fogliare ma anche l’uscita dell’ossigeno e l’ingresso della CO2.
Differenze con Anatomia Kranz, ciclo C3 e ciclo C4
Le piante C4 non condividono la stessa anatomia delle C3. Nelle C4 si parla di anatomia Kranz perché non si distinguono i due parenchimi (a palizzata e lacunoso) ma un unico comparto definito, in modo generico, mesofillo fogliare. Nell’anatomia Kranz le due epidermidi sono uguali a quelle descritte per le C3, l’unica differenza è che le cellule risultano più grosse. Nell’anatomia Kranz è fondamentale la differenza strutturale tra i cloroplasti delle cellule del mesofillo e i cloroplasti delle cellule della guaina del fascio.
I cloroplasti delle cellule del mesofillo sono canonici ma mancano di Rubisco e di Amido primario (infatti qui non avviene il Ciclo di Calvin Banson o ciclo c3). Nei cloroplasti delle cellule del mesofillo avviene quello che è definito ciclo C4. Si produce Malato a partire da Fosfenolpiruvato. Il malato viene usato come fonte di CO2 nelle cellule delle guaina.
Nei cloroplasti delle cellule della guaina, invece, manca il fotosistema II (quindi non si produce ossigeno) ma è presente la rubisco e anche l’Amido. E’ in questi organelli che il ciclo C4 prosegue con il ciclo Calvin Banson. Il malato viene trasportato dalle cellule del mesofillo ai cloroplasti delle cellule della guaina. Nei cloroplasti delle cellule della guaina, dal malato si produce CO2 indispensabile per la fissazione del carbonio e l’inizio del ciclo di Calvin-Banson.
Quali sono le piante C3? Tutte le piante fanno il “ciclo di Calvin-Banson” anche le CAM e le C4. Le piante che fanno solo il ciclo C3 e C2 (inteso come ciclo di Calvin Banson e fotorespirazione) sono piante che generalmente hanno il loro habitat nei climi temperati e un forte accrescimento. Uno dei tanti esempi di pianta C3 e l’arabidopsis thaliana, indubbiamente la specie più studiata di tutti i tempi! L’anatomia delle C3 è mostrata nella foto in alto.
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