Plantademhaling en Energiemetabolisme

Planten ademen net als dieren, waarbij ze de suikers die tijdens de fotosynthese zijn aangemaakt oxideren om de energie en koolstofskeletten vrij te maken die de groei aandrijven, met onderscheidende kenmerken zoals een alternatieve ademhalingsroute.

Definition

Plantademhaling is de oxidatieve afbraak van organische moleculen om energie vrij te maken als ATP en om koolstofskeletten te leveren, en energiemetabolisme is het bredere netwerk van routes dat chemische energie in de plant opslaat, overdraagt en gebruikt.

Scope

Dit onderwerp behandelt glycolyse, de tricarbonzuurcyclus (TCA-cyclus), mitochondriaal elektrontransport en oxidatieve fosforylering in planten, de cytosolische en plastidische routes, en plantspecifieke kenmerken, waaronder de alternatieve oxidase en de wisselwerking tussen ademhaling en fotosynthese.

Core questions

• Hoe breken glycolyse en de TCA-cyclus suikers af om energie vrij te maken?
• Hoe genereert mitochondriaal elektrontransport ATP, en hoe wordt dit gereguleerd?
• Wat is de rol van de plantspecifieke alternatieve oxidase-route?

Key theories

Oxidatieve fosforylering

Elektronen van de oxidatie van ademhalingssubstraten passeren de mitochondriale elektronentransportketen, waarbij protonen worden gepompt waarvan de terugkeer via ATP-synthase het grootste deel van de ATP van de cel produceert.

Ademhalingsflexibiliteit in planten

Planten bezitten aanvullende, niet-energiebesparende routes — met name de alternatieve oxidase — die de ademhaling laten doorgaan wanneer de hoofdketen beperkt is, overtollige energie afvoeren en het metabolisme in evenwicht brengen.

Mechanisms

Glycolyse in het cytosol zet glucose om in pyruvaat, waarbij ATP en NADH worden geproduceerd; pyruvaat komt de mitochondrion binnen waar de TCA-cyclus het volledig oxideert tot kooldioxide, waarbij NADH en FADH2 worden gegenereerd. Deze gereduceerde dragers voeden de elektronentransportketen, die protonen pompt om ATP-synthase aan te drijven. Plantenmitochondriën bevatten bovendien de alternatieve oxidase en rotenon-ongevoelige dehydrogenasen die delen van de keten omzeilen, waardoor koolstofstroom en redoxbalans kunnen doorgaan zonder proportionele ATP-productie.

Clinical relevance

Ademhaling bepaalt hoeveel van het fotosynthetaat van een gewas wordt behouden als oogstbare biomassa en reguleert verliezen na de oogst, aangezien opgeslagen fruit, groenten en graan blijven ademen en verslechteren; het beheren van de ademhaling verlengt de houdbaarheid.

History

Krebs's opheldering van de citroenzuurcyclus en Mitchell's chemiosmotische theorie legden het kader van cellulaire ademhaling vast, dat in planten werd uitgebreid door de ontdekking van de alternatieve oxidase en andere plantspecifieke ademhalingscomponenten.

Key figures

• Hans Krebs
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

Ademen planten 's nachts?

Ja; planten ademen continu, dag en nacht, om hun cellen van energie te voorzien, maar 's nachts, zonder fotosynthese, resulteert deze ademhaling in een netto afgifte van kooldioxide en opname van zuurstof.

Wat is de alternatieve oxidase?

De alternatieve oxidase is een ademhalingsenzym van planten dat elektronen een deel van de energiebesparende keten laat omzeilen, waarbij de energie als warmte vrijkomt; het helpt het metabolisme in evenwicht te brengen en genereert bij sommige planten warmte om bloemengeuren te vervluchtigen.