Kasvien respiraatio ja energia-aineenvaihdunta

Kasvit hengittävät aivan kuten eläimetkin hapettaen fotosynteesissä tuotettuja sokereita vapauttaakseen energiaa ja hiilirunkoja, jotka mahdollistavat kasvun, ja niillä on erottuvia piirteitä, kuten vaihtoehtoinen hengitystie.

Definition

Kasvien respiraatio on orgaanisten molekyylien oksidatiivista hajottamista energian vapauttamiseksi ATP:nä ja hiilirunkojen tuottamiseksi, ja energia-aineenvaihdunta on laajempi reittiverkosto, joka varastoi, siirtää ja käyttää kemiallista energiaa kasveissa.

Scope

Tämä aihe kattaa glykolyysin, trikarboksyylihappokierron (TCA-kierron), mitokondrioiden elektroninsiirron ja oksidatiivisen fosforylaation kasveissa, sytosoliset ja plastidiset reitit sekä kasvispesifiset ominaisuudet, mukaan lukien vaihtoehtoisen oksidaasin ja respiraation vuorovaikutuksen fotosynteesin kanssa.

Core questions

• Miten glykolyysi ja TCA-kierto hajottavat sokereita energian vapauttamiseksi?
• Miten mitokondrioiden elektroninsiirto tuottaa ATP:tä, ja miten sitä säädellään?
• Mikä on kasvispesifisen vaihtoehtoisen oksidaasireitin rooli?

Key theories

Oksidatiivinen fosforylaatio

Elektronit hengityssubstraattien hapettumisesta kulkevat mitokondrioiden elektroninsiirtoketjua pitkin pumpaten protoneja, joiden paluu ATP-syntaasin kautta tuottaa suurimman osan solun ATP:stä.

Hengityksen joustavuus kasveissa

Kasveilla on ylimääräisiä, ei-energiaa säästäviä reittejä – erityisesti vaihtoehtoinen oksidaasi – jotka mahdollistavat hengityksen jatkumisen pääketjun ollessa rajoitettu, haihduttaen ylimääräistä energiaa ja tasapainottaen aineenvaihduntaa.

Mechanisms

Glykolyysi sytosolissa muuntaa glukoosin pyruvaatiksi tuottaen ATP:tä ja NADH:ta; pyruvaatti siirtyy mitokondrioon, jossa TCA-kierto hapettaa sen täysin hiilidioksidiksi tuottaen NADH:ta ja FADH2:ta. Nämä pelkistyneet kantajat syöttävät elektroninsiirtoketjua, joka pumppaa protoneja ohjatakseen ATP-syntaasia. Kasvien mitokondriot sisältävät lisäksi vaihtoehtoisen oksidaasin ja rotenonille immuuneja dehydrogenaaseja, jotka ohittavat osia ketjusta, mahdollistaen hiilivirran ja redox-tasapainon jatkumisen ilman suhteellista ATP-tuotantoa.

Clinical relevance

Respiraatio määrittää, kuinka suuri osa sadon fotosynteettisestä tuotteesta säilyy korjattavana biomassana ja säätelee sadonkorjuun jälkeisiä häviöitä, sillä varastoidut hedelmät, vihannekset ja vilja jatkavat hengittämistä ja pilaantumista; respiraation hallinta pidentää säilyvyyttä.

History

Krebsin sitruunahappokierron selvitys ja Mitchellin kemiosmoottinen teoria loivat solun hengityksen viitekehyksen, jota laajennettiin kasveissa vaihtoehtoisen oksidaasin ja muiden kasvispesifisten hengityskomponenttien löytämisellä.

Key figures

• Hans Krebs
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

Hengittävätkö kasvit yöllä?

Kyllä; kasvit hengittävät jatkuvasti, päivin ja öin, antaakseen energiaa soluilleen, mutta yöllä, ilman fotosynteesiä, tämä hengitys johtaa hiilidioksidin nettovapautumiseen ja hapenottoon.

Mikä on vaihtoehtoinen oksidaasi?

Vaihtoehtoinen oksidaasi on kasvien hengitysen entsyymi, joka antaa elektronien ohittaa osan energiaa säästävästä ketjusta vapauttaen energiaa lämpönä; se auttaa tasapainottamaan aineenvaihduntaa ja joissakin kasveissa tuottaa lämpöä kukkien tuoksujen haihtumiseen.