Utilidad evolutiva de la ruta metabólica C4 para las plantas

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Utilidad evolutiva de la ruta metabólica C4 para las plantas
Cuando una planta es ubicada en una cámara cerrada y su actividad fotosintética es monitoreada en tiempo real, se encontró que una vez que esta reduce los niveles de dióxido de carbono a un punto crítico, esta empieza a fotorespirar.
Esto se debe a que la concentración de oxígeno empieza a ser mayor que la de dióxido de carbono, y la enzima rubisco presenta la falla catastrófica de generar una desviación del ciclo de Calvin cuando existen altas concentraciones de oxígeno. Esta desviación conocida como fotorespiración conlleva a la pérdida de 5 carbonos por oxígeno fijado, en lugar de la ganancia de un carbono por cada dióxido de carbono fijado.  

Figura UER-01. El sorgo

Es por esta razón que las plantas C3 requieren de ambientes relativamente pobres en luz o en su defecto de ambientes con niveles de dióxido de carbono en niveles mínimos necesarios para llevar a cabo su fotosíntesis normalmente. En las zonas templadas, con la llegada del invierno y menores cantidades de luz, resulta poco probable que se produzcan grandes cantidades de oxígeno todo el año, y de este modo las plantas no se autoinhiben.
El valor de la ruta C4 se vuelve aparente en las zonas tropicales donde las tasas de fotosíntesis son altas y estables durante la mayoría del año. En estos ambientes, las plantas deben afrontar tres problemas, la desecación por evaporación, la fotoinhibición y la fotorespiración.  

Figura UER-02- El Maíz.

El segundo problema es resuelto mediante el incremento de la cantidad de carotenoides en las antenas fotosintéticas y al incremento en la concentración de otros compuestos químicos antioxidantes.
El primer y el tercer problema se resuelven con la ruta C4. La ruta de fijación de carbonos C4 no es totalmente independiente al ciclo de Calvin, análisis posteriores revelaron que el destino final del carbono fijado en PEP no era otra que la reacción con rubisco. En otras palabras la ruta C4 es solo una actualización sobre la ruta C3.  

Figura UER-03. Caña de azúcar.

La PEP carboxilasa se encuentra ubicada en las células del mesófilo mas externas de la hoja de la planta, por lo que pueden capturar dióxido de carbono aun cuando el estoma está prácticamente cerrado, impidiendo así la perdida de agua durante el día.
Debido a que la captura de dióxido de carbono se realiza a nivel enzimático y no por la espera de la lenta difusión del gas desde la atmosfera al interior de la hoja por medio del estoma, la tasa con que la rubisco empieza a fijar carbonos es incomparablemente más alta que la que ocurre con las plantas que únicamente tienen la ruta metabólica C3.
Las plantas que presentan la ruta C4 generalmente son pastos tropicales de crecimiento rápido y que tienden a almacenar grandes cantidades de carbohidratos en sus tejidos como la caña de azúcar, el maíz y el sorgo.
La ruta metabólica C4 es más eficiente que la C3 solo en ambientes secos y con grandes cantidades de luz. Esto es porque la ruta C4 también consume más energía para poder instaurarse, y esta energía en últimas proviene del Sol. En ambientes templados con estaciones muy marcadas, las enzimas de la ruta C4 serían inútiles, pues no hay luz durante una buena parte del año.
Esto ha hecho que los pastos tropicales de crecimiento rápido y de alta producción de azucares se encuentren limitados biogeograficamente a las regiones tropicales del planeta. PRINCIPAL REGRESAR