Dýchanie rastlín a energetický metabolizmus

Rastliny dýchajú rovnako ako živočíchy, oxidujú cukry vytvorené pri fotosyntéze, aby uvoľnili energiu a uhlíkové kostry, ktoré poháňajú rast, s charakteristickými črtami, ako je alternatívna respiračná dráha.

Definition

Dýchanie rastlín je oxidačný rozklad organických molekúl na uvoľnenie energie vo forme ATP a na poskytnutie uhlíkových kostier, a energetický metabolizmus je širšia sieť dráh, ktoré ukladajú, prenášajú a využívajú chemickú energiu v rastline.

Scope

Táto téma zahŕňa glykolýzu, cyklus trikarboxylových kyselín (TCA), mitochondriálny transport elektrónov a oxidačnú fosforyláciu v rastlinách, cytosolické a plastidové dráhy a rastlinné špecifické vlastnosti vrátane alternatívnej oxidázy a vzájomného pôsobenia dýchania s fotosyntézou.

Core questions

• Ako glykolýza a cyklus TCA rozkladajú cukry na uvoľnenie energie?
• Ako mitochondriálny transport elektrónov generuje ATP a ako je regulovaný?
• Aká je úloha rastlinnej špecifickej dráhy alternatívnej oxidázy?

Key theories

Oxidačná fosforylácia

Elektróny z oxidácie respiračných substrátov prechádzajú pozdĺž mitochondriálneho reťazca transportu elektrónov, pumpujú protóny, ktorých návrat cez ATP syntázu produkuje väčšinu ATP bunky.

Respiračná flexibilita u rastlín

Rastliny disponujú dodatočnými, energiu nešetriacimi cestami — najmä alternatívnou oxidázou — ktoré umožňujú dýchaniu pokračovať, keď je hlavný reťazec obmedzený, rozptyľujúc prebytočnú energiu a vyrovnávajúc metabolizmus.

Mechanisms

Glykolýza v cytosole premieňa glukózu na pyruvát, pričom vzniká ATP a NADH; pyruvát vstupuje do mitochondrie, kde ho cyklus TCA úplne oxiduje na oxid uhličitý, čím generuje NADH a FADH2. Tieto redukované nosiče napájajú reťazec transportu elektrónov, ktorý pumpuje protóny na pohon ATP syntázy. Mitochondrie rastlín navyše obsahujú alternatívnu oxidázu a rotenón-necitlivé dehydrogenázy, ktoré obchádzajú časti reťazca, čo umožňuje pokračovanie toku uhlíka a redoxnej rovnováhy bez proporcionálnej produkcie ATP.

Clinical relevance

Dýchanie určuje, koľko fotosyntátu plodiny sa zachová ako zberateľná biomasa a riadi post-zberové straty, pretože uskladnené ovocie, zelenina a zrno naďalej dýchajú a kazia sa; riadenie dýchania predlžuje trvanlivosť.

History

Krebsovo objasnenie cyklu kyseliny citrónovej a Mitchellova chemiosmotická teória stanovili rámec bunkového dýchania, ktorý bol v rastlinách rozšírený objavom alternatívnej oxidázy a ďalších rastlinných špecifických respiračných komponentov.

Key figures

• Hans Krebs
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

Dýchajú rastliny v noci?

Áno; rastliny dýchajú nepretržite, vo dne aj v noci, aby poháňali svoje bunky, ale v noci, bez fotosyntézy, toto dýchanie vedie k čistému uvoľňovaniu oxidu uhličitého a príjmu kyslíka.

Čo je alternatívna oxidáza?

Alternatívna oxidáza je rastlinný respiračný enzým, ktorý umožňuje elektrónom obísť časť reťazca šetriaceho energiu, pričom uvoľňuje energiu ako teplo; pomáha vyrovnávať metabolizmus a u niektorých rastlín generuje teplo na volatiláciu kvetinových vôní.