Disanje i energetski metabolizam biljaka

Biljke dišu jednako kao i životinje, oksidirajući šećere nastale fotosintezom kako bi oslobodile energiju i ugljične kosture koji pokreću rast, s prepoznatljivim značajkama kao što je alternativni respiratorni put.

Definition

Biljno disanje je oksidativna razgradnja organskih molekula radi oslobađanja energije u obliku ATP-a i osiguravanja ugljičnih kostura, a energetski metabolizam je šira mreža putova koji pohranjuju, prenose i koriste kemijsku energiju u biljci.

Scope

Ova tema obuhvaća glikolizu, ciklus trikarboksilnih kiselina (TCA), mitohondrijski transport elektrona i oksidativnu fosforilaciju u biljkama, citosolne i plastidne putove te biljne specifičnosti uključujući alternativnu oksidazu i međuodnos disanja s fotosintezom.

Core questions

• Kako glikoliza i TCA ciklus razgrađuju šećere radi oslobađanja energije?
• Kako mitohondrijski transport elektrona generira ATP i kako se regulira?
• Koja je uloga biljnog specifičnog puta alternativne oksidaze?

Key theories

Oksidativna fosforilacija

Elektroni iz oksidacije respiratornih supstrata prolaze duž mitohondrijskog lanca za transport elektrona, pumpajući protone čiji povratak kroz ATP sintazu proizvodi većinu staničnog ATP-a.

Respiratorna fleksibilnost u biljkama

Biljke posjeduju dodatne, ne-energetski-konzervirajuće putove — osobito alternativnu oksidazu — koji omogućuju nastavak disanja kada je glavni lanac ograničen, rasipajući višak energije i uravnotežujući metabolizam.

Mechanisms

Glikoliza u citosolu pretvara glukozu u piruvat, dajući ATP i NADH; piruvat ulazi u mitohondrij gdje ga TCA ciklus potpuno oksidira u ugljikov dioksid, generirajući NADH i FADH2. Ovi reducirani nosači hrane lanac za transport elektrona, koji pumpa protone za pogon ATP sintaze. Biljni mitohondriji dodatno sadrže alternativnu oksidazu i dehidrogenaze neosjetljive na rotenon koje zaobilaze dijelove lanca, omogućujući protok ugljika i redoks ravnotežu bez proporcionalne proizvodnje ATP-a.

Clinical relevance

Disanje određuje koliko se fotosintata usjeva zadržava kao žetvena biomasa i upravlja postžetvenim gubicima, budući da pohranjeno voće, povrće i žitarice nastavljaju disati i propadati; upravljanje disanjem produljuje rok trajanja.

History

Krebsovo razjašnjenje ciklusa limunske kiseline i Mitchellova kemiosmotska teorija uspostavili su okvir staničnog disanja, koji je u biljkama proširen otkrićem alternativne oksidaze i drugih biljnih specifičnih respiratornih komponenti.

Key figures

• Hans Krebs
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

Dišu li biljke noću?

Da; biljke dišu kontinuirano, danju i noću, kako bi napajale svoje stanice, ali noću, bez fotosinteze, ovo disanje rezultira neto oslobađanjem ugljikovog dioksida i unosom kisika.

Što je alternativna oksidaza?

Alternativna oksidaza je biljni respiratorni enzim koji omogućuje elektronima da zaobiđu dio lanca za očuvanje energije, oslobađajući energiju kao toplinu; pomaže u uravnoteženju metabolizma i, kod nekih biljaka, generira toplinu za isparavanje cvjetnih mirisa.