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La fotosíntesis es un proceso que utiliza agua, dióxido de carbono (CO2) y energía solar para sintetizar azúcares. Se lleva a cabo por muchas plantas, algas y bacterias. En plantas y algas, la fotosíntesis ocurre en partes especiales de la célula llamadas cloroplastos; ubicado en las hojas y tallos. Mientras que la mayoría de las plantas realizan lo que se conoce como fotosíntesis C3, las plantas que se han adaptado a ambientes cálidos realizan una forma modificada conocida como fotosíntesis C4.
Fotosíntesis C4
En este tipo de fotosíntesis, el CO2 ambiental se incorpora primero a los ácidos de 4 carbonos en las células conocidas como mesófilos. Estos ácidos se transportan a otras células conocidas como células de la envoltura del haz. En estas células, la reacción se invierte, se libera CO2 y posteriormente se utiliza en la ruta fotosintética normal (C3). La incorporación de CO2 en compuestos de 3 carbonos es catalizada por una enzima conocida como Rubisco.
Ventajas de la fotosíntesis C4
En ambientes cálidos y secos, la fotosíntesis C4 es más eficiente que la fotosíntesis C3. Esto se debe a dos razones. La primera es que el sistema no sufre fotorrespiración, un proceso que va en contra de la fotosíntesis (ver más abajo). El segundo es que las plantas pueden mantener sus poros cerrados por períodos más largos, evitando así la pérdida de agua.
Fotorespiración
Este es un proceso en el cual, en lugar de agregar CO2 al azúcar en crecimiento, Rubisco agrega oxígeno. En situaciones en las que la fotosíntesis se realiza rápidamente (a alta temperatura, altos niveles de luz o ambos), hay tanto O2 disponible que esta reacción se convierte en un problema importante. Las plantas C4 resuelven este problema manteniendo una alta concentración de CO2 en la porción relevante de la hoja (las células de la envoltura del haz).
Perdida de agua
Las plantas intercambian gases, CO2 y O2, con su entorno a través de poros conocidos como estomas. Cuando los estomas están abiertos, el CO2 puede difundirse para usarse en la fotosíntesis y el O2, un producto de la fotosíntesis puede difundirse. Sin embargo, cuando los estomas están abiertos, la planta también pierde agua debido a la transpiración, y este problema mejora en climas cálidos y secos. Las plantas que realizan la fotosíntesis de C4 pueden mantener sus estomas cerrados más que sus equivalentes de C3 porque son más eficientes en la incorporación de CO2. Esto minimiza su pérdida de agua.
Desventajas
Aunque la fotosíntesis C4 es claramente ventajosa en climas cálidos y secos, esto no es cierto en climas fríos y húmedos. Esto se debe a que la fotosíntesis C4 es más compleja: tiene más pasos y requiere una anatomía especializada. Por esta razón, a menos que la fotorrespiración o la pérdida de agua sean problemas importantes, la fotosíntesis C3 es más efectiva. Esta es la razón por la cual la mayoría de las plantas realizan la fotosíntesis C3.