植物呼吸与能量代谢

植物与动物一样进行呼吸作用，氧化光合作用产生的糖类，以释放能量和碳骨架，从而驱动生长，并具有替代呼吸途径等独特特征。

Definition

植物呼吸作用是有机分子氧化分解以释放ATP形式的能量并提供碳骨架的过程，而能量代谢是植物中储存、转移和利用化学能的更广泛的代谢途径网络。

Scope

本主题涵盖植物中的糖酵解、三羧酸（TCA）循环、线粒体电子传递和氧化磷酸化、细胞质和质体途径，以及植物特有的特征，包括替代氧化酶和呼吸作用与光合作用的相互作用。

Core questions

• 糖酵解和TCA循环如何分解糖类以释放能量？
• 线粒体电子传递如何产生ATP，以及它是如何被调节的？
• 植物特有的替代氧化酶途径的作用是什么？

Key theories

氧化磷酸化

呼吸底物氧化产生的电子沿着线粒体电子传递链传递，泵送质子，质子通过ATP合酶回流产生细胞中大部分的ATP。

植物呼吸灵活性

植物拥有额外的、非能量节约的途径——特别是替代氧化酶——允许在主链受限时呼吸作用继续进行，从而耗散多余能量并平衡代谢。

Mechanisms

细胞质中的糖酵解将葡萄糖转化为丙酮酸，产生ATP和NADH；丙酮酸进入线粒体，TCA循环将其完全氧化为二氧化碳，生成NADH和FADH2。这些还原型载体为电子传递链提供电子，电子传递链泵送质子以驱动ATP合酶。植物线粒体还含有替代氧化酶和鱼藤酮不敏感脱氢酶，它们绕过部分电子传递链，允许碳流和氧化还原平衡继续进行，而无需按比例产生ATP。

Clinical relevance

呼吸作用决定了作物光合产物中有多少作为可收获生物量被保留，并控制着采后损失，因为储存的水果、蔬菜和谷物会持续呼吸和变质；管理呼吸作用可以延长保质期。

History

克雷布斯对柠檬酸循环的阐明和米切尔的化学渗透理论建立了细胞呼吸作用的框架，随后通过发现替代氧化酶和其他植物特有的呼吸组分，该框架在植物中得到了扩展。

Key figures

• Hans Krebs
• Peter Mitchell

Seminal works

• buchanan2015
• taiz2015

Frequently asked questions

植物在夜间呼吸吗？

是的；植物昼夜不停地持续呼吸，为其细胞提供能量，但在夜间，没有光合作用，这种呼吸作用导致二氧化碳的净释放和氧气的吸收。

什么是替代氧化酶？

替代氧化酶是一种植物呼吸酶，它允许电子绕过部分能量节约链，以热量的形式释放能量；它有助于平衡代谢，在某些植物中，它产生热量以挥发花香。