Tipos de Plantas C4

As plantas C4 são classificadas em três subgrupos, segundo a descarboxilação do ácido C4 na bainha perivascular:

A) plantas a aspartato do tipo NAD-ME (enzima málica-dependente de NAD+): o ácido aspártico vindo do mesófilo é desaminado, transformando-se em ácido oxaloacético pela aspartato aminotransferase. Em seguida, este é reduzido a ácido málico pela enzima malato desidrogenase-dependente de NADH, e é então descarboxilado a ácido pirúvico (PIR) pela enzima málica-dependente de NAD+, com liberação do CO2 e produção de NADH, consumido na reação anterior. O ácido pirúvico é aminado pela alanina aminotransferase transformando-se em alanina (ALA), que retornará ao mesófilo para regenerar o substrato fosfoenolpiruvato. Os cloroplastos da bainha perivascular das plantas C4 do tipo NAD-ME são granares e com posição centrípeta nas células da bainha, produzindo assim ATP e NADPH, requeridos para o ciclo de Benson-Calvin (EDWARDS & HUBER, 1981). São exemplos de plantas C4 do tipo NAD-ME, as espécies do gênero Amaranthus, Atriplex e Panicum , à excessão de algumas como o Panicum maximum, que é do tipo PCK (fosfoenolpiruvato carboxicinase).

B) plantas a aspartato do tipo PCK (fosfoenolpiruvato carboxicinase): onde o ácido aspártico vindo do mesófilo é desaminado, transformando-se em ácido oxaloacético pela aspartato aminotransferase. Em seguida, este é descarboxilado pela fosfoenolpiruvato carboxicinase em presença de ATP, formando o ácido fosfoenolpirúvico. Esse último é desfosforilado a ácido pirúvico formando o ATP consumido anteriormente, para então ser aminado e transformado em alanina pela alanina aminotransferase que retornará ao mesófilo para completar o ciclo. Os cloroplastos da bainha perivascular das plantas do tipo PCK são granares e com posição centrífuga nas células da bainha, produzindo ATP e NADPH requeridos no ciclo de Benson-Calvin (EDWARDS & HUBER, 1981; LEEGOOD, 1996). Neste tipo existem o gênero Brachiaria e a espécie Panicum maximum.

C) plantas a malato do tipo NADP-ME (enzima málica dependente de NADP+): nessas, o ácido málico vindo do mesófilo é descarboxilado diretamente a ácido pirúvico pela enzima málica-dependente do NADP+, liberando CO2 e NADPH para o ciclo de Benson-Calvin. O ácido pirúvico retorna ao mesófilo, visando a regeneração do substrato para a carboxilação primária. Neste tipo de plantas, os cloroplastos da bainha perivascular são As reações escuras localizados centrifugamente, próximos da parede limite com o mesófilo, e são agranares, com baixo conteúdo de clorofilas e deficientes no PS II (HALL & RAO, 1994). Por isso, um dos dois NADPH necessários para o ciclo de Benson-Calvin é fornecido na descarboxilação do ácido málico, na bainha perivascular e o outro, assim como o ATP necessário, é oriundo da interconversão de ácido fosfoglicérico em outras trioses-P, que transitam entre o mesófilo e a bainha. Portanto, em plantas C4 do tipo NADP-ME, a redução do CO2 na bainha perivascular é dependente da geração de NADPH e ATP nos cloroplastos do mesófilo (EDWARDS & HUBER, 1981). São classificadas como plantas C4 deste tipo, as espécies dos gêneros Andropogon, Saccharum, Sorghum, Zea e Paspalum, que são entre outras as principais plantas C4 cultivadas.

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Figura 1. Principais tipos de fotossíntese C4. Pode ser classificada em três classes principais pela descarboxilação principal das enzimas utilizadas. O tipo mais comum de C4 utiliza NADP-ME localizada no cloroplasto da bainha vascular para liberar CO2 para o ciclo de Calvin-Benson. Aqui,o malato é o principal ácido de 4 carbonos que é transportado do mesofilo (ME) para as células da bainha do feixe. O tipo NAD-ME está localizada na mitocôndria.O aspartato é o transporte principal para o transporte de carbono do ME para a bainha vascular e é convertido em malato na bainha do feixe vascular. Plantas que utilizam a PEPCK tem esta enzima localizada no citosol, sendo que o fosfoenolpiruvato retorna ao ME. Ala, alanina, ASP, aspartato; CA, anidrase carbônica; Mal, malato, MDH, malato desidrogenase, NAD-ME, NAD-enzima málica dependente; NADP-ME, enzima málica dependente de NADP; OAA, oxaloacetato; fosfoenolpiruvato PEP; PEPCase, fosfoenolpiruvato carboxilase; PEPCK, fosfoenolpiruvatocarboxicinase; PPDK, dikinase ortofosfato piruvato.

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