Planterspiration og energimetabolisme

Planter respirerer ligesom dyr og oxiderer de sukkerarter, der dannes ved fotosyntese, for at frigive den energi og de kulstofskeletter, der driver væksten, med karakteristiske træk som en alternativ respirationsvej.

Definition

Planterspiration er den oxidative nedbrydning af organiske molekyler for at frigive energi som ATP og for at levere kulstofskeletter, og energimetabolisme er det bredere netværk af veje, der lagrer, overfører og bruger kemisk energi i planten.

Scope

Dette emne dækker glykolyse, tricarboxylsyrecyklussen (TCA-cyklus), mitokondriel elektrontransport og oxidativ phosphorylering i planter, de cytosoliske og plastidiske veje samt plantespecifikke træk, herunder den alternative oxidase og respirationens samspil med fotosyntese.

Core questions

• Hvordan nedbryder glykolyse og TCA-cyklus sukkerarter for at frigive energi?
• Hvordan genererer mitokondriel elektrontransport ATP, og hvordan reguleres den?
• Hvad er rollen for den plantespecifikke alternative oxidase-vej?

Key theories

Oxidativ phosphorylering

Elektroner fra oxidationen af respiratoriske substrater passerer langs den mitokondrielle elektrontransportkæde og pumper protoner, hvis tilbagevenden gennem ATP-synthase producerer det meste af cellens ATP.

Respiratorisk fleksibilitet i planter

Planter besidder yderligere, ikke-energibesparende ruter – især den alternative oxidase – der gør det muligt for respirationen at fortsætte, når hovedkæden er begrænset, hvilket afleder overskydende energi og balancerer stofskiftet.

Mechanisms

Glykolyse i cytosolen omdanner glukose til pyruvat, hvilket giver ATP og NADH; pyruvat kommer ind i mitokondriet, hvor TCA-cyklussen fuldt ud oxiderer det til kuldioxid, hvilket genererer NADH og FADH2. Disse reducerede bærere føder elektrontransportkæden, som pumper protoner for at drive ATP-synthase. Plantemitokondrier indeholder desuden den alternative oxidase og rotenon-ufølsomme dehydrogenaser, der omgår dele af kæden, hvilket tillader kulstofstrøm og redoxbalance at fortsætte uden proportional ATP-produktion.

Clinical relevance

Respiration bestemmer, hvor meget af en afgrødes fotosyntat der bevares som høstbar biomasse og styrer tab efter høst, da lagrede frugter, grøntsager og korn fortsætter med at respirere og forringes; styring af respiration forlænger holdbarheden.

History

Krebs's opklaring af citronsyrecyklussen og Mitchells kemiosmotiske teori etablerede rammerne for cellulær respiration, som blev udvidet i planter ved opdagelsen af den alternative oxidase og andre plantespecifikke respiratoriske komponenter.

Key figures

• Hans Krebs
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

Respirerer planter om natten?

Ja; planter respirerer kontinuerligt, dag og nat, for at drive deres celler, men om natten, uden fotosyntese, resulterer denne respiration i nettotilførsel af kuldioxid og optagelse af ilt.

Hvad er den alternative oxidase?

Den alternative oxidase er et plantens respiratoriske enzym, der lader elektroner omgå en del af den energibesparende kæde, hvilket frigiver energien som varme; den hjælper med at balancere stofskiftet og genererer i nogle planter varme for at fordampe blomsterdufte.