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Kompaktlexikon der Biologie: CAM-Pflanzen

CAM-Pflanzen, Pflanzen, die starken Wasserverlust vermeiden, indem sie tagsüber ihre Stomata geschlossen halten und nur nachts öffnen, damit CO2 ins Blattinnere gelangen kann und somit für die CO2-Fixierung zur Verfügung steht. Als Anpassung weist ihr Stoffwechsel einige Besonderheiten auf, wobei CAM für Crassulaceen-Säurestoffwechsel (engl. crassulacean acid metabolism) steht. Dabei wird CO2 im CAM-Weg nachts durch das Enzym Phosphoenolpyruvat-Carboxylase (PEP-Carboxylase) in Form von HCO3- im Cytosol unter Bildung von Oxalacetat fixiert, das wiederum zu Malat reduziert wird. Malat gelangt in die Vakuole und wird dort in Form von freier Äpfelsäure gespeichert (diurnaler Säurerhythmus). CAM-Pflanzen zeichnen sich deshalb häufig durch große Vakuolen in ihren Blattzellen aus. ( vgl. Abb. )

Tagsüber läuft der umgekehrte Prozess ab; das nach einer Decarboxylierung durch das NADP-abhängige Malatenzym oder durch die PEP-Carboxykinase freiwerdende CO2 kann in die Chloroplasten diffundieren und dort im Calvin-Zyklus fixiert werden. Die geschlossenen Stomata sorgen dafür, dass das CO2 nicht aus den Blättern entweicht. Im Unterschied zu den C4-Pflanzen findet bei CAM-Pflanzen nicht eine räumliche, sondern vor allem eine zeitliche Trennung von primärer CO2-Fixierung und Calvin-Zyklus statt. Dies wird vor allem durch die tagesrhythmische Phosphorylierung der PEP-Carboxylase gewährleistet. Nachts ist das Enzym phosphoryliert und gegenüber cytosolischem Malat unempfindlich. Tagsüber ist es dephosphoryliert, wodurch seine Aktivität durch geringste Malatkonzentrationen inhibiert wird. Wie auch bei den C4-Pflanzen verhindert die hohe CO2-Konzentration im Blattgewebe die Oxygenase-Aktivität der Ribulose-1,5-bisphosphat Carboxylase/Oxygenase und somit die Fotorespiration.

Zu den CAM-Pflanzen gehören nicht nur die sukkulenten Dickblattgewächse (Crassulaceae), nach denen dieser Typ der CO2-Fixierung benannt ist, sondern auch viele Arten aus den Familien Cactaceae, Agavaceae und Euphorbiaceae. Die Ananas ist ebenfalls eine CAM-Pflanze. Eine Reihe von Pflanzen sind zudem in der Lage, den CAM-Stoffwechsel fakultativ zu betreiben. So wechselt die Eispflanze, Mesembryanthemum crystallinum (Aizoaceae), bei Wassermangel vom C3-Weg (C3-Pflanzen) zum CAM-Weg.



CAM-Pflanzen: Ablauf der CO2-Fixierung bei CAM-Pflanzen

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Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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