Pflanzenatmung und Energiestoffwechsel

Pflanzen atmen ebenso wie Tiere, indem sie die bei der Photosynthese gebildeten Zucker oxidieren, um die Energie und Kohlenstoffgerüste freizusetzen, die das Wachstum antreiben, mit charakteristischen Merkmalen wie einem alternativen Atmungsweg.

Definition

Pflanzenatmung ist der oxidative Abbau organischer Moleküle zur Freisetzung von Energie als ATP und zur Bereitstellung von Kohlenstoffgerüsten, und Energiestoffwechsel ist das breitere Netzwerk von Stoffwechselwegen, die chemische Energie in der Pflanze speichern, übertragen und nutzen.

Scope

Dieses Thema behandelt die Glykolyse, den Citratzyklus (TCA-Zyklus), den mitochondrialen Elektronentransport und die oxidative Phosphorylierung in Pflanzen, die zytosolischen und plastidischen Stoffwechselwege sowie pflanzenspezifische Merkmale, einschließlich der alternativen Oxidase und der Wechselwirkung der Atmung mit der Photosynthese.

Core questions

• Wie bauen Glykolyse und der TCA-Zyklus Zucker ab, um Energie freizusetzen?
• Wie erzeugt der mitochondriale Elektronentransport ATP, und wie wird er reguliert?
• Welche Rolle spielt der pflanzenspezifische alternative Oxidase-Weg?

Key theories

Oxidative Phosphorylierung

Elektronen aus der Oxidation von Atmungssubstraten passieren die mitochondriale Elektronentransportkette und pumpen Protonen, deren Rückfluss durch die ATP-Synthase den größten Teil des zellulären ATPs produziert.

Respiratorische Flexibilität in Pflanzen

Pflanzen besitzen zusätzliche, nicht-energieerhaltende Wege – insbesondere die alternative Oxidase –, die es der Atmung ermöglichen, fortzufahren, wenn die Hauptkette eingeschränkt ist, wodurch überschüssige Energie abgeleitet und der Stoffwechsel ausgeglichen wird.

Mechanisms

Die Glykolyse im Zytosol wandelt Glukose in Pyruvat um, wobei ATP und NADH entstehen; Pyruvat gelangt in das Mitochondrium, wo der TCA-Zyklus es vollständig zu Kohlendioxid oxidiert und NADH und FADH2 erzeugt. Diese reduzierten Träger speisen die Elektronentransportkette, die Protonen pumpt, um die ATP-Synthase anzutreiben. Pflanzenmitochondrien enthalten zusätzlich die alternative Oxidase und Rotenon-unempfindliche Dehydrogenasen, die Teile der Kette umgehen, wodurch der Kohlenstofffluss und das Redoxgleichgewicht ohne proportionale ATP-Produktion aufrechterhalten werden können.

Clinical relevance

Die Atmung bestimmt, wie viel des Photosynthats einer Kulturpflanze als erntefähige Biomasse erhalten bleibt, und steuert die Nachernteverluste, da gelagerte Früchte, Gemüse und Getreide weiterhin atmen und sich verschlechtern; die Steuerung der Atmung verlängert die Haltbarkeit.

History

Krebs' Aufklärung des Citratzyklus und Mitchells chemiosmotische Theorie etablierten den Rahmen der Zellatmung, der in Pflanzen durch die Entdeckung der alternativen Oxidase und anderer pflanzenspezifischer Atmungskomponenten erweitert wurde.

Key figures

• Hans Krebs
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

Atmen Pflanzen nachts?

Ja; Pflanzen atmen kontinuierlich, Tag und Nacht, um ihre Zellen anzutreiben, aber nachts, ohne Photosynthese, führt diese Atmung zu einer Nettofreisetzung von Kohlendioxid und einer Aufnahme von Sauerstoff.

Was ist die alternative Oxidase?

Die alternative Oxidase ist ein pflanzliches Atmungsenzym, das Elektronen einen Teil der energieerhaltenden Kette umgehen lässt, wobei die Energie als Wärme freigesetzt wird; sie hilft, den Stoffwechsel auszugleichen und erzeugt bei einigen Pflanzen Wärme, um florale Düfte zu verflüchtigen.