Hô hấp thực vật và chuyển hóa năng lượng

Thực vật hô hấp giống như động vật, oxy hóa đường được tạo ra trong quá trình quang hợp để giải phóng năng lượng và khung carbon cung cấp năng lượng cho sự phát triển, với những đặc điểm riêng biệt như con đường hô hấp thay thế.

Definition

Hô hấp thực vật là quá trình phân giải oxy hóa các phân tử hữu cơ để giải phóng năng lượng dưới dạng ATP và cung cấp khung carbon, và chuyển hóa năng lượng là mạng lưới rộng hơn các con đường lưu trữ, chuyển giao và sử dụng năng lượng hóa học trong thực vật.

Scope

Chủ đề này bao gồm quá trình đường phân, chu trình axit tricarboxylic (TCA), vận chuyển điện tử ty thể và phosphoryl hóa oxy hóa ở thực vật, các con đường trong tế bào chất và lục lạp, và các đặc điểm đặc trưng của thực vật bao gồm oxidase thay thế và sự tương tác của hô hấp với quang hợp.

Core questions

• Quá trình đường phân và chu trình TCA phân giải đường để giải phóng năng lượng như thế nào?
• Vận chuyển điện tử ty thể tạo ra ATP như thế nào và nó được điều hòa ra sao?
• Vai trò của con đường oxidase thay thế đặc trưng ở thực vật là gì?

Key theories

Phosphoryl hóa oxy hóa

Các điện tử từ quá trình oxy hóa các cơ chất hô hấp đi dọc theo chuỗi vận chuyển điện tử ty thể, bơm proton mà sự trở lại của chúng thông qua ATP synthase tạo ra phần lớn ATP của tế bào.

Tính linh hoạt hô hấp ở thực vật

Thực vật sở hữu các con đường bổ sung, không bảo tồn năng lượng — đáng chú ý là oxidase thay thế — cho phép hô hấp tiếp tục khi chuỗi chính bị hạn chế, tiêu tán năng lượng dư thừa và cân bằng quá trình trao đổi chất.

Mechanisms

Quá trình đường phân trong tế bào chất chuyển đổi glucose thành pyruvate, tạo ra ATP và NADH; pyruvate đi vào ty thể nơi chu trình TCA oxy hóa hoàn toàn nó thành carbon dioxide, tạo ra NADH và FADH2. Các chất mang khử này cung cấp cho chuỗi vận chuyển điện tử, bơm proton để điều khiển ATP synthase. Ty thể thực vật còn chứa oxidase thay thế và các dehydrogenase không nhạy cảm với rotenone, bỏ qua một phần của chuỗi, cho phép dòng carbon và cân bằng oxy hóa khử tiếp tục mà không cần sản xuất ATP tương ứng.

Clinical relevance

Hô hấp quyết định lượng chất quang hợp của cây trồng được giữ lại dưới dạng sinh khối có thể thu hoạch và chi phối tổn thất sau thu hoạch, vì trái cây, rau củ và ngũ cốc được bảo quản tiếp tục hô hấp và hư hỏng; quản lý hô hấp giúp kéo dài thời gian bảo quản.

History

Sự làm sáng tỏ chu trình axit citric của Krebs và lý thuyết hóa thẩm thấu của Mitchell đã thiết lập khuôn khổ của hô hấp tế bào, được mở rộng ở thực vật bằng việc phát hiện ra oxidase thay thế và các thành phần hô hấp đặc trưng khác của thực vật.

Key figures

• Hans Krebs
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

Thực vật có hô hấp vào ban đêm không?

Có; thực vật hô hấp liên tục, cả ngày lẫn đêm, để cung cấp năng lượng cho tế bào của chúng, nhưng vào ban đêm, không có quang hợp, quá trình hô hấp này dẫn đến giải phóng ròng carbon dioxide và hấp thụ oxy.

Oxidase thay thế là gì?

Oxidase thay thế là một enzyme hô hấp thực vật cho phép các điện tử bỏ qua một phần của chuỗi bảo tồn năng lượng, giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt; nó giúp cân bằng quá trình trao đổi chất và, ở một số loài thực vật, tạo ra nhiệt để làm bay hơi mùi hương hoa.