Respiració i metabolisme energètic en plantes

Les plantes respiren igual que els animals, oxidant els sucres produïts en la fotosíntesi per alliberar l'energia i els esquelets de carboni que impulsen el creixement, amb característiques distintives com una via respiratòria alternativa.

Definition

La respiració vegetal és la degradació oxidativa de molècules orgàniques per alliberar energia en forma d'ATP i per proporcionar esquelets de carboni, i el metabolisme energètic és la xarxa més àmplia de vies que emmagatzemen, transfereixen i utilitzen l'energia química a la planta.

Scope

Aquest tema cobreix la glicòlisi, el cicle de l'àcid tricarboxílic (TCA), el transport d'electrons mitocondrial i la fosforilació oxidativa en plantes, les vies citosòliques i plastídiques, i característiques específiques de les plantes, incloent l'oxidasa alternativa i la interacció de la respiració amb la fotosíntesi.

Core questions

• Com la glicòlisi i el cicle de l'àcid tricarboxílic (TCA) degraden els sucres per alliberar energia?
• Com el transport d'electrons mitocondrial genera ATP i com es regula?
• Quin és el paper de la via de l'oxidasa alternativa, específica de les plantes?

Key theories

Fosforilació oxidativa

Els electrons de l'oxidació dels substrats respiratoris passen al llarg de la cadena de transport d'electrons mitocondrial, bombejant protons el retorn dels quals a través de l'ATP sintasa produeix la major part de l'ATP de la cèl·lula.

Flexibilitat respiratòria en plantes

Les plantes posseeixen rutes addicionals, no conservadores d'energia —notablement l'oxidasa alternativa— que permeten que la respiració continuï quan la cadena principal està restringida, dissipant l'excés d'energia i equilibrant el metabolisme.

Mechanisms

La glicòlisi en el citosol converteix la glucosa en piruvat, produint ATP i NADH; el piruvat entra al mitocondri on el cicle de l'àcid tricarboxílic (TCA) l'oxida completament a diòxid de carboni, generant NADH i FADH2. Aquests transportadors reduïts alimenten la cadena de transport d'electrons, que bomba protons per impulsar l'ATP sintasa. Els mitocondris vegetals contenen a més l'oxidasa alternativa i deshidrogenases insensibles a la rotenona que bypassen parts de la cadena, permetent que el flux de carboni i l'equilibri redox continuïn sense una producció proporcional d'ATP.

Clinical relevance

La respiració determina quanta part del fotosintat d'un cultiu es reté com a biomassa collible i governa les pèrdues postcollita, ja que les fruites, verdures i grans emmagatzemats continuen respirant i deteriorant-se; la gestió de la respiració allarga la vida útil.

History

L'elucidació del cicle de l'àcid cítric per Krebs i la teoria quimiosmòtica de Mitchell van establir el marc de la respiració cel·lular, que es va estendre en plantes amb el descobriment de l'oxidasa alternativa i altres components respiratoris específics de les plantes.

Key figures

• Hans Krebs
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

Les plantes respiren de nit?

Sí; les plantes respiren contínuament, dia i nit, per alimentar les seves cèl·lules, però de nit, sense fotosíntesi, aquesta respiració resulta en una alliberació neta de diòxid de carboni i una captació d'oxigen.

Què és l'oxidasa alternativa?

L'oxidasa alternativa és un enzim respiratori vegetal que permet als electrons bypassar part de la cadena conservadora d'energia, alliberant l'energia en forma de calor; ajuda a equilibrar el metabolisme i, en algunes plantes, genera calor per volatilitzar les olors florals.