Respirasjon og energimetabolisme i planter

Planter respirerer på samme måte som dyr, ved å oksidere sukkeret som produseres under fotosyntesen for å frigjøre energi og karbonskjeletter som driver vekst, med særegne trekk som en alternativ respirasjonsvei.

Definition

Planterespirasjon er den oksidative nedbrytningen av organiske molekyler for å frigjøre energi som ATP og for å tilføre karbonskjeletter, og energimetabolisme er det bredere nettverket av veier som lagrer, overfører og bruker kjemisk energi i planten.

Scope

Dette emnet dekker glykolyse, trikarboksylsyresyklusen (TCA-syklusen), mitokondriell elektrontransport og oksidativ fosforylering i planter, de cytosoliske og plastidiske veiene, og plantespesifikke trekk, inkludert alternativ oksidase og respirasjonens samspill med fotosyntesen.

Core questions

• Hvordan bryter glykolyse og TCA-syklusen ned sukker for å frigjøre energi?
• Hvordan genererer mitokondriell elektrontransport ATP, og hvordan reguleres den?
• Hva er rollen til den plantespesifikke alternative oksidaseveien?

Key theories

Oksidativ fosforylering

Elektroner fra oksidasjonen av respiratoriske substrater passerer langs den mitokondrielle elektrontransportkjeden, og pumper protoner hvis retur gjennom ATP-syntase produserer det meste av cellens ATP.

Respiratorisk fleksibilitet i planter

Planter besitter ytterligere, ikke-energibesparende ruter – spesielt den alternative oksidasen – som gjør at respirasjonen kan fortsette når hovedkjeden er begrenset, og dermed dissipere overskuddsenergi og balansere metabolismen.

Mechanisms

Glykolyse i cytosolen omdanner glukose til pyruvat, og gir ATP og NADH; pyruvat går inn i mitokondriet hvor TCA-syklusen fullstendig oksiderer det til karbondioksid, og genererer NADH og FADH2. Disse reduserte bærerne mater elektrontransportkjeden, som pumper protoner for å drive ATP-syntase. Plantemitokondrier inneholder i tillegg den alternative oksidasen og rotenon-ufølsomme dehydrogenaser som omgår deler av kjeden, noe som tillater karbonflyt og redoksbalanse å fortsette uten proporsjonal ATP-produksjon.

Clinical relevance

Respirasjon bestemmer hvor mye av en avlings fotosyntat som beholdes som høstbar biomasse og styrer tap etter høsting, siden lagrede frukter, grønnsaker og korn fortsetter å respirere og forringes; håndtering av respirasjon forlenger holdbarheten.

History

Krebs' avklaring av sitronsyresyklusen og Mitchells kjemiosmotiske teori etablerte rammeverket for cellulær respirasjon, som ble utvidet i planter ved oppdagelsen av den alternative oksidasen og andre plantespesifikke respiratoriske komponenter.

Key figures

• Hans Krebs
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

Respirerer planter om natten?

Ja; planter respirerer kontinuerlig, dag og natt, for å drive cellene sine, men om natten, uten fotosyntese, resulterer denne respirasjonen i netto frigjøring av karbondioksid og opptak av oksygen.

Hva er den alternative oksidasen?

Den alternative oksidasen er et plantens respiratoriske enzym som lar elektroner omgå deler av den energibesparende kjeden, og frigjør energien som varme; den bidrar til å balansere metabolismen og, i noen planter, genererer varme for å fordampe blomsterdufter.