การหายใจและการเผาผลาญพลังงานในพืช

พืชหายใจเช่นเดียวกับสัตว์ โดยออกซิไดซ์น้ำตาลที่สร้างขึ้นในการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อปลดปล่อยพลังงานและโครงสร้างคาร์บอนที่ขับเคลื่อนการเจริญเติบโต ด้วยคุณสมบัติที่โดดเด่น เช่น วิถีการหายใจทางเลือก

Definition

การหายใจของพืชคือการสลายโมเลกุลอินทรีย์ด้วยออกซิเจนเพื่อปลดปล่อยพลังงานในรูปของ ATP และเพื่อให้ได้โครงสร้างคาร์บอน และการเผาผลาญพลังงานคือเครือข่ายที่กว้างขึ้นของวิถีที่เก็บ ถ่ายโอน และใช้พลังงานเคมีในพืช

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมไกลโคไลซิส, วัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก (TCA), การขนส่งอิเล็กตรอนในไมโทคอนเดรียและการสังเคราะห์ ATP โดยใช้พลังงานจากการออกซิเดชันในพืช, วิถีไซโตซอลิกและพลาสติดิก, และคุณสมบัติเฉพาะของพืช รวมถึงเอนไซม์ออกซิเดสทางเลือกและการทำงานร่วมกันของการหายใจกับการสังเคราะห์ด้วยแสง

Core questions

• ไกลโคไลซิสและวัฏจักร TCA สลายน้ำตาลเพื่อปลดปล่อยพลังงานได้อย่างไร?
• การขนส่งอิเล็กตรอนในไมโทคอนเดรียสร้าง ATP ได้อย่างไร และมีการควบคุมอย่างไร?
• บทบาทของวิถีเอนไซม์ออกซิเดสทางเลือกที่เฉพาะเจาะจงกับพืชคืออะไร?

Key theories

การสังเคราะห์ ATP โดยใช้พลังงานจากการออกซิเดชัน

อิเล็กตรอนจากการออกซิเดชันของสารตั้งต้นในการหายใจจะเคลื่อนที่ไปตามสายใยขนส่งอิเล็กตรอนในไมโทคอนเดรีย โดยปั๊มโปรตอนซึ่งการกลับมาของโปรตอนผ่าน ATP synthase จะผลิต ATP ส่วนใหญ่ของเซลล์

ความยืดหยุ่นในการหายใจในพืช

พืชมีเส้นทางเพิ่มเติมที่ไม่เกี่ยวข้องกับการอนุรักษ์พลังงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเอนไซม์ออกซิเดสทางเลือก ซึ่งช่วยให้การหายใจดำเนินต่อไปได้เมื่อสายใยหลักถูกจำกัด โดยจะกระจายพลังงานส่วนเกินและรักษาสมดุลของการเผาผลาญ

Mechanisms

ไกลโคไลซิสในไซโตซอลเปลี่ยนกลูโคสเป็นไพรูเวต ทำให้เกิด ATP และ NADH; ไพรูเวตเข้าสู่ไมโทคอนเดรียซึ่งวัฏจักร TCA จะออกซิไดซ์ไพรูเวตอย่างสมบูรณ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ สร้าง NADH และ FADH2 ตัวพาที่ลดลงเหล่านี้จะป้อนเข้าสู่สายใยขนส่งอิเล็กตรอน ซึ่งจะปั๊มโปรตอนเพื่อขับเคลื่อน ATP synthase ไมโทคอนเดรียของพืชยังมีเอนไซม์ออกซิเดสทางเลือกและเอนไซม์ดีไฮโดรจีเนสที่ไม่ไวต่อโรทีโนน ซึ่งจะข้ามส่วนหนึ่งของสายใย ทำให้การไหลของคาร์บอนและความสมดุลของรีดอกซ์ดำเนินต่อไปได้โดยไม่มีการผลิต ATP ที่เป็นสัดส่วนกัน

Clinical relevance

การหายใจเป็นตัวกำหนดปริมาณของสารสังเคราะห์แสงที่พืชเก็บไว้เป็นชีวมวลที่เก็บเกี่ยวได้ และควบคุมการสูญเสียหลังการเก็บเกี่ยว เนื่องจากผลไม้ ผัก และธัญพืชที่เก็บไว้ยังคงหายใจและเสื่อมสภาพ การจัดการการหายใจช่วยยืดอายุการเก็บรักษา

History

การอธิบายวัฏจักรกรดซิตริกของเครบส์และทฤษฎีเคมีออสโมติกของมิตเชลล์ได้วางรากฐานของการหายใจระดับเซลล์ ซึ่งได้รับการขยายในพืชโดยการค้นพบเอนไซม์ออกซิเดสทางเลือกและส่วนประกอบการหายใจอื่นๆ ที่เฉพาะเจาะจงกับพืช

Key figures

• Hans Krebs
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

พืชหายใจในเวลากลางคืนหรือไม่?

ใช่ พืชหายใจอย่างต่อเนื่องทั้งกลางวันและกลางคืนเพื่อขับเคลื่อนเซลล์ของพวกมัน แต่ในเวลากลางคืนที่ไม่มีการสังเคราะห์ด้วยแสง การหายใจนี้ส่งผลให้มีการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์สุทธิและการดูดซับออกซิเจน

เอนไซม์ออกซิเดสทางเลือกคืออะไร?

เอนไซม์ออกซิเดสทางเลือกเป็นเอนไซม์หายใจของพืชที่ช่วยให้อิเล็กตรอนข้ามส่วนหนึ่งของสายใยที่อนุรักษ์พลังงาน โดยปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของความร้อน ช่วยรักษาสมดุลของการเผาผลาญ และในพืชบางชนิด จะสร้างความร้อนเพื่อระเหยกลิ่นหอมของดอกไม้