Biljna respiracija i energetski metabolizam

Biljke dišu isto kao i životinje, oksidirajući šećere stvorene fotosintezom kako bi oslobodile energiju i ugljenične skelete koji pokreću rast, sa karakterističnim osobinama kao što je alternativni respiratorni put.

Definition

Biljna respiracija je oksidativna razgradnja organskih molekula radi oslobađanja energije u obliku ATP-a i obezbeđivanja ugljeničnih skeleta, a energetski metabolizam je šira mreža puteva koji skladište, prenose i koriste hemijsku energiju u biljci.

Scope

Ova tema obuhvata glikolizu, ciklus trikarbonskih kiselina (TCA), mitohondrijalni transport elektrona i oksidativnu fosforilaciju kod biljaka, citosolne i plastidne puteve, kao i biljno-specifične karakteristike uključujući alternativnu oksidazu i interakciju respiracije sa fotosintezom.

Core questions

• Kako glikoliza i TCA ciklus razgrađuju šećere da bi oslobodili energiju?
• Kako mitohondrijalni transport elektrona generiše ATP i kako se on reguliše?
• Koja je uloga biljno-specifičnog puta alternativne oksidaze?

Key theories

Oksidativna fosforilacija

Elektroni iz oksidacije respiratornih supstrata prolaze duž mitohondrijalnog lanca transporta elektrona, pumpajući protone čiji povratak kroz ATP sintazu proizvodi većinu ćelijskog ATP-a.

Respiratorna fleksibilnost kod biljaka

Biljke poseduju dodatne, ne-energetski-konzervirajuće puteve — posebno alternativnu oksidazu — koji omogućavaju respiraciji da se nastavi kada je glavni lanac ograničen, rasipajući višak energije i balansirajući metabolizam.

Mechanisms

Glikoliza u citosolu pretvara glukozu u piruvat, dajući ATP i NADH; piruvat ulazi u mitohondriju gde ga TCA ciklus potpuno oksiduje do ugljen-dioksida, generišući NADH i FADH2. Ovi redukovani nosači napajaju lanac transporta elektrona, koji pumpa protone da bi pokrenuo ATP sintazu. Biljne mitohondrije dodatno sadrže alternativnu oksidazu i dehidrogenaze neosetljive na rotenon koje zaobilaze delove lanca, omogućavajući protok ugljenika i redoks ravnotežu da se nastave bez proporcionalne proizvodnje ATP-a.

Clinical relevance

Respiracija određuje koliko fotosintata useva ostaje kao žetvena biomasa i upravlja post-žetvenim gubicima, budući da uskladišteno voće, povrće i žitarice nastavljaju da dišu i propadaju; upravljanje respiracijom produžava rok trajanja.

History

Krebsovo razjašnjenje ciklusa limunske kiseline i Mičelova hemiosmotska teorija uspostavili su okvir ćelijske respiracije, koji je kod biljaka proširen otkrićem alternativne oksidaze i drugih biljno-specifičnih respiratornih komponenti.

Key figures

• Hans Krebs
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

Da li biljke dišu noću?

Da; biljke dišu neprekidno, danju i noću, kako bi napajale svoje ćelije, ali noću, bez fotosinteze, ova respiracija rezultira neto oslobađanjem ugljen-dioksida i preuzimanjem kiseonika.

Šta je alternativna oksidaza?

Alternativna oksidaza je biljni respiratorni enzim koji omogućava elektronima da zaobiđu deo lanca za očuvanje energije, oslobađajući energiju kao toplotu; pomaže u balansiranju metabolizma i, kod nekih biljaka, generiše toplotu za isparavanje cvetnih mirisa.