Növényi légzés és energiametabolizmus

A növények éppúgy lélegeznek, mint az állatok, oxidálva a fotoszintézis során keletkezett cukrokat, hogy felszabadítsák a növekedést tápláló energiát és szénvázakat, jellegzetes vonásokkal, mint például egy alternatív légzési útvonal.

Definition

A növényi légzés a szerves molekulák oxidatív lebontása, melynek során energia szabadul fel ATP formájában, és szénvázak keletkeznek, az energiametabolizmus pedig az útvonalak szélesebb hálózata, amely a kémiai energiát tárolja, továbbítja és felhasználja a növényben.

Scope

Ez a téma a glikolízist, a trikarbonsav (TCA) ciklust, a mitokondriális elektrontranszportot és az oxidatív foszforilációt fedi le a növényekben, a citoszolikus és plasztiszbeli útvonalakat, valamint a növényekre jellemző sajátosságokat, beleértve az alternatív oxidázt és a légzés fotoszintézissel való kölcsönhatását.

Core questions

• Hogyan bontják le a glikolízis és a TCA-ciklus a cukrokat az energia felszabadításához?
• Hogyan termel ATP-t a mitokondriális elektrontranszport, és hogyan szabályozzák azt?
• Mi a növényre jellemző alternatív oxidáz útvonal szerepe?

Key theories

Oxidatív foszforiláció

A légzési szubsztrátok oxidációjából származó elektronok a mitokondriális elektrontranszport láncon haladnak végig, protonokat pumpálva, amelyeknek az ATP-szintázon keresztüli visszatérése termeli a sejt ATP-jének nagy részét.

Légzési rugalmasság a növényekben

A növények további, nem energiatakarékos útvonalakkal rendelkeznek – nevezetesen az alternatív oxidázzal –, amelyek lehetővé teszik a légzés folytatását, amikor a fő lánc korlátozott, eloszlatva a felesleges energiát és kiegyensúlyozva az anyagcserét.

Mechanisms

A citoszolban zajló glikolízis glükózt piruváttá alakít, ATP-t és NADH-t termelve; a piruvát belép a mitokondriumba, ahol a TCA-ciklus teljesen szén-dioxiddá oxidálja, NADH-t és FADH2-t generálva. Ezek a redukált hordozók táplálják az elektrontranszport láncot, amely protonokat pumpál az ATP-szintáz működtetéséhez. A növényi mitokondriumok emellett alternatív oxidázt és rotenonra érzéketlen dehidrogenázokat is tartalmaznak, amelyek megkerülik a lánc egyes részeit, lehetővé téve a szénáramlást és a redox egyensúly fenntartását arányos ATP-termelés nélkül.

Clinical relevance

A légzés határozza meg, hogy a termény fotoszintetizált anyagának mekkora része marad betakarítható biomasszaként, és szabályozza a betakarítás utáni veszteségeket, mivel a tárolt gyümölcsök, zöldségek és gabonafélék tovább lélegeznek és romlanak; a légzés szabályozása meghosszabbítja az eltarthatóságot.

History

Krebs citromsavciklusának tisztázása és Mitchell kemiozmotikus elmélete lefektette a sejtlégzés kereteit, amelyet a növényekben az alternatív oxidáz és más növény-specifikus légzési komponensek felfedezése bővített.

Key figures

• Hans Krebs
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

Lélegeznek-e a növények éjszaka?

Igen; a növények folyamatosan lélegeznek, éjjel-nappal, hogy energiát biztosítsanak sejtjeiknek, de éjszaka, fotoszintézis nélkül, ez a légzés nettó szén-dioxid-kibocsátást és oxigénfelvételt eredményez.

Mi az alternatív oxidáz?

Az alternatív oxidáz egy növényi légzési enzim, amely lehetővé teszi az elektronok számára, hogy megkerüljék az energiatakarékos lánc egy részét, hőkén szabadítva fel az energiát; segít az anyagcsere egyensúlyának fenntartásában, és egyes növényekben hőt termel a virágillatok elpárologtatásához.