O carbono (C) constitui a base da vida na Terra. Os organismos são compostos por moléculas orgânicas como carboidratos, proteínas e lipídios, sendo todas elas compostos de carbono. Além disso, a quebra das ligações entre os carbonos dessas moléculas libera energia química, utilizada pelos organismos para a realização de suas funções.
A fonte fundamental de carbono para os seres vivos é o dióxido de carbônico (CO2), uma molécula inorgânica presente na atmosfera e dissolvida na água. Com isso, é necessário um mecanismo de absorção do CO2 e de conversão desse composto em moléculas orgânicas. Esse processo ocorre através da fotossíntese e a ação de absorção e assimilação de carbono através do CO2 é chamada de fixação de carbono. Ela ocorre em uma etapa da fotossíntese chamada de ciclo das pentoses ou ciclo de Calvin-Benson. Esse ciclo é formado por um conjunto de reações que produzem carboidratos, mais especificamente glicídios, a partir de moléculas de CO2, de hidrogênios provenientes da água e de energia fornecida por moléculas de ATP produzidas em etapas anteriores da fotossíntese.
A fixação do carbono dá início à parte biótica do ciclo biogeoquímico do carbono. Os glicídios produzidos por plantas, algas e bactérias através da fotossíntese são utilizados na produção de energia para o próprio organismo fotossintetizante ou vão integrar sua biomassa. Quando esses organismos são consumidos, o carbono fixado em suas moléculas orgânicas passa de um nível trófico para o outro, podendo percorrer toda a cadeia alimentar.
Para a maioria das plantas, a fixação do carbono é feita na fotossíntese através da conversão do CO2 em uma molécula orgânica chamada 3-fosfoglicerato. Essa molécula possui três carbonos e, por isso, essas plantas são chamadas de C3. Cerca de 85% das espécies de plantas do planeta são C3, incluindo o arroz, trigo, soja e todas as árvores. A enzima responsável por este processo de fixação do carbono é a rubisco, que possui baixa afinidade pelo CO2. Além disso, a concentração de CO2 atmosférico é extremamente baixa, cerca de 0,03%. Devido a esses fatores, as plantas C3 precisam reunir grande quantidade da enzima rubisco para atingir altas taxas de fixação do carbono. Outro mecanismo adotado é a manutenção dos estômatos abertos por mais tempo para absorver mais CO2, o que por outro lado, causa um problema de perda de água.
Muitas plantas de climas quentes modificaram a fotossíntese C3 de forma a aumentar a fixação do carbono sem perder muita água. Nelas, a fixação do CO2 ocorre de forma similar, mas produz um composto de quatro carbonos chamado de oxaloacetato, sendo essas plantas conhecidas como C4. A reação ainda é catalisada por uma enzima diferente, a PEP carboxilase, a qual possui alta afinidade pelo CO2. A fotossíntese C4 é usada por cerca de 3% das plantas vasculares, incluindo a cana-de-açúcar e o milho.
Algumas plantas suculentas como o cacto, que vivem em ambientes pobres em água, fixam o carbono através de uma variação da fotossíntese C4, no processo chamado de metabolismo do ácido crassuláceo ou CAM. As plantas CAM dividem o ciclo de Calvin entre o dia e a noite. Seus estômatos abrem de noite, capturando o CO2 e evitando a perda de água por evaporação. O CO2 também é convertido em oxaloacetato pela PEP carboxilase, mas esse composto é armazenado para completar a fotossíntese à luz do dia.
Referências:
Amabis, J. M. & Martho, G. R. 2006. Fundamentos da Biologia Moderna: Volume único. 4ª Ed. Editora Moderna: São Paulo, 839 p.
Ricklefs, R. E. 2009. A Economia da Natureza. 5ª ed. Editora Guanabara Koogan: Rio de Janeiro, 503 p.