Växtrespiration och energimetabolism

Växter andas precis som djur, genom att oxidera de sockerarter som bildas vid fotosyntesen för att frigöra den energi och de kolskelett som driver tillväxten, med utmärkande drag som en alternativ respirationsväg.

Definition

Växtrespiration är den oxidativa nedbrytningen av organiska molekyler för att frigöra energi som ATP och för att tillhandahålla kolskelett, och energimetabolism är det bredare nätverket av vägar som lagrar, överför och använder kemisk energi i växten.

Scope

Detta ämne omfattar glykolys, trikarboxylsyracykeln (TCA-cykeln), mitokondriell elektrontransport och oxidativ fosforylering i växter, de cytosoliska och plastidiska vägarna, samt växtspecifika egenskaper inklusive alternativt oxidas och respirationens samspel med fotosyntesen.

Core questions

• Hur bryter glykolysen och TCA-cykeln ner sockerarter för att frigöra energi?
• Hur genererar mitokondriell elektrontransport ATP, och hur regleras den?
• Vilken roll har den växtspecifika alternativa oxidasvägen?

Key theories

Oxidativ fosforylering

Elektroner från oxidationen av respiratoriska substrat passerar längs den mitokondriella elektrontransportkedjan, vilket pumpar protoner vars återflöde genom ATP-syntas producerar det mesta av cellens ATP.

Respiratorisk flexibilitet hos växter

Växter besitter ytterligare, icke-energibesparande vägar – särskilt det alternativa oxidaset – som gör att respirationen kan fortsätta när huvudkedjan är begränsad, vilket avleder överskottsenergi och balanserar metabolismen.

Mechanisms

Glykolysen i cytosolen omvandlar glukos till pyruvat, vilket ger ATP och NADH; pyruvat går in i mitokondrien där TCA-cykeln fullständigt oxiderar det till koldioxid, vilket genererar NADH och FADH2. Dessa reducerade bärare matar elektrontransportkedjan, som pumpar protoner för att driva ATP-syntas. Växtmitokondrier innehåller dessutom det alternativa oxidaset och rotenon-okänsliga dehydrogenaser som kringgår delar av kedjan, vilket gör att kolflödet och redoxbalansen kan fortsätta utan proportionell ATP-produktion.

Clinical relevance

Respirationen avgör hur mycket av en grödas fotosyntat som behålls som skördbar biomassa och styr förluster efter skörd, eftersom lagrade frukter, grönsaker och spannmål fortsätter att andas och försämras; att hantera respirationen förlänger hållbarheten.

History

Krebs's klarläggande av citronsyracykeln och Mitchells kemiosmotiska teori etablerade ramverket för cellulär respiration, vilket utvidgades i växter genom upptäckten av det alternativa oxidaset och andra växtspecifika respiratoriska komponenter.

Key figures

• Hans Krebs
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

Andas växter på natten?

Ja; växter andas kontinuerligt, dag och natt, för att driva sina celler, men på natten, utan fotosyntes, resulterar denna respiration i nettorelease av koldioxid och upptag av syre.

Vad är det alternativa oxidaset?

Det alternativa oxidaset är ett växtrespiratoriskt enzym som låter elektroner kringgå en del av den energibesparande kedjan, vilket frigör energin som värme; det hjälper till att balansera metabolismen och, hos vissa växter, genererar värme för att förflyktiga blommiga dofter.