Fixação de carbono C 3 -C3 carbon fixation
A fixação de carbono C 3 é a mais comum das três vias metabólicas para a fixação de carbono na fotossíntese , junto com C 4 e CAM . Este processo converte dióxido de carbono e bifosfato de ribulose (RuBP, um açúcar de 5 carbonos) em duas moléculas de 3-fosfoglicerato por meio da seguinte reação:
- CO 2 + H 2 O + RuBP → (2) 3-fosfoglicerato
Esta reação foi descoberta pela primeira vez por Melvin Calvin , Andrew Benson e James Bassham em 1950. A fixação do carbono C 3 ocorre em todas as plantas como a primeira etapa do ciclo Calvin-Benson . (Em plantas C 4 e CAM, o dióxido de carbono é extraído do malato e para esta reação, em vez de diretamente do ar .)
As plantas que sobrevivem apenas em C 3 fixação ( C 3 plantas ) tendem a desenvolver-se em áreas onde a intensidade da luz solar é moderada, as temperaturas são moderados, de dióxido de carbono concentrações são cerca de 200 ppm ou superior, e as águas subterrâneas é abundante. As plantas C 3 , originadas durante as eras Mesozóica e Paleozóica , são anteriores às plantas C 4 e ainda representam aproximadamente 95% da biomassa vegetal da Terra, incluindo importantes culturas alimentares como arroz, trigo, soja e cevada.
As plantas C 3 não podem crescer em áreas muito quentes porque o RuBisCO incorpora mais oxigênio no RuBP conforme as temperaturas aumentam. Isso leva à fotorrespiração (também conhecida como ciclo do carbono fotossintético oxidativo ou fotossíntese C2), que leva a uma perda líquida de carbono e nitrogênio da planta e pode, portanto, limitar o crescimento.
As plantas C 3 perdem até 97% da água absorvida pelas raízes pela transpiração. Em áreas secas, as plantas C 3 fecham seus estômatos para reduzir a perda de água, mas isso impede o CO
2de entrar nas folhas e, portanto, reduz a concentração de CO
2nas folhas. Isso diminui o CO
2: Relação O 2 e, portanto, também aumenta a fotorrespiração. As plantas C 4 e CAM têm adaptações que lhes permitem sobreviver em áreas quentes e secas e, portanto, podem competir com as plantas C 3 nessas áreas.
A assinatura isotópica de plantas C 3 mostra maior grau de depleção de 13 C do que as plantas C 4 , devido à variação no fracionamento dos isótopos de carbono na fotossíntese oxigenada entre os tipos de plantas. Na especificidade, as plantas C 3 não têm PEP carboxilase como as plantas C 4 , permitindo que utilizem apenas ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase (Rubisco) para fixar CO
2através do ciclo de Calvin. A enzima Rubisco discrimina amplamente os isótopos de carbono, evoluindo para se ligar apenas ao isótopo 12 C em comparação com 13 C (o isótopo mais pesado), atribuindo a razão de haver uma baixa depleção de 13 C observada em plantas C 3 em comparação com plantas C 4 , especialmente desde o C A via 4 usa PEP carboxilase além de Rubisco.
Graças a uma combinação de abordagens in-silico e sintéticas, os cientistas projetaram novas vias de metabolismo que reduzem as perdas por fotorrespiração, metabolizando de forma mais eficiente o glicolato tóxico produzido. Isso resultou em um aumento de mais de 40% na produção de biomassa em seu organismo modelo (a planta de tabaco) em suas condições de teste. Os cientistas estão otimistas de que essa otimização também pode ser implementada em outras culturas C 3 , como o trigo.