Растително дишане и енергиен метаболизъм

Растенията дишат точно както животните, окислявайки захарите, произведени при фотосинтезата, за да освободят енергията и въглеродните скелети, които захранват растежа, но с отличителни характеристики като алтернативен дихателен път.

Definition

Растителното дишане е окислително разграждане на органични молекули за освобождаване на енергия като АТФ и за осигуряване на въглеродни скелети, а енергийният метаболизъм е по-широката мрежа от пътища, които съхраняват, пренасят и използват химическа енергия в растението.

Scope

Тази тема обхваща гликолизата, цикъла на трикарбоновите киселини (ЦТК), митохондриалния електронен транспорт и окислителното фосфорилиране в растенията, цитозолните и пластидните пътища, както и специфични за растенията особености, включително алтернативната оксидаза и взаимодействието на дишането с фотосинтезата.

Core questions

• Как гликолизата и ЦТК разграждат захарите, за да освободят енергия?
• Как митохондриалният електронен транспорт генерира АТФ и как се регулира?
• Каква е ролята на специфичния за растенията алтернативен оксидазен път?

Key theories

Окислително фосфорилиране

Електроните от окислението на дихателните субстрати преминават по митохондриалната електронно-транспортна верига, изпомпвайки протони, чието връщане през АТФ синтазата произвежда по-голямата част от АТФ на клетката.

Дихателна гъвкавост при растенията

Растенията притежават допълнителни, неенергоспестяващи пътища — особено алтернативната оксидаза — които позволяват на дишането да продължи, когато основната верига е ограничена, разсейвайки излишната енергия и балансирайки метаболизма.

Mechanisms

Гликолизата в цитозола превръща глюкозата в пируват, като произвежда АТФ и НАДН; пируватът навлиза в митохондриона, където ЦТК го окислява напълно до въглероден диоксид, генерирайки НАДН и ФАДН2. Тези редуцирани носители захранват електронно-транспортната верига, която изпомпва протони, за да задвижи АТФ синтазата. Растителните митохондрии допълнително съдържат алтернативната оксидаза и ротенон-нечувствителни дехидрогенази, които заобикалят части от веригата, позволявайки въглеродният поток и редокс балансът да продължат без пропорционално производство на АТФ.

Clinical relevance

Дишането определя колко от фотосинтезираните вещества на дадена култура се запазват като годна за прибиране биомаса и управлява загубите след прибиране на реколтата, тъй като съхраняваните плодове, зеленчуци и зърно продължават да дишат и да се развалят; управлението на дишането удължава срока на годност.

History

Изясняването на цикъла на лимонената киселина от Кребс и хемиосмотичната теория на Мичъл установяват рамката на клетъчното дишане, която е разширена при растенията с откриването на алтернативната оксидаза и други специфични за растенията дихателни компоненти.

Key figures

• Hans Krebs
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

Дишат ли растенията през нощта?

Да; растенията дишат непрекъснато, денем и нощем, за да захранват клетките си, но през нощта, без фотосинтеза, това дишане води до нетно освобождаване на въглероден диоксид и поглъщане на кислород.

Какво представлява алтернативната оксидаза?

Алтернативната оксидаза е растителен дихателен ензим, който позволява на електроните да заобиколят част от енергоспестяващата верига, освобождавайки енергията като топлина; тя помага за балансиране на метаболизма и, при някои растения, генерира топлина за изпаряване на цветни аромати.