Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Grundlagen der Atmung
- Wege der Pflanzenatmung
- Atmung und Photosynthese
- Atmung und Pflanzenproduktivität
Pflanzen wandeln durch Photosynthese Sonnenlicht in Form chemischer Bindungen von Kohlenhydratmolekülen in potentielle Energie um. Um diese gespeicherte Energie jedoch für ihre wesentlichen Lebensprozesse zu nutzen - von Wachstum und Fortpflanzung bis zur Heilung geschädigter Strukturen - müssen Pflanzen sie in eine nutzbare Form umwandeln. Diese Umwandlung erfolgt über die Zellatmung, ein wichtiger biochemischer Weg, der auch bei Tieren und anderen Organismen zu finden ist.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Die Atmung besteht aus einer Reihe von enzymgesteuerten Reaktionen, mit denen Pflanzen die über die Photosynthese gespeicherte Energie von Kohlenhydraten in eine Form von Energie umwandeln können, mit der sie Wachstum und Stoffwechselprozesse antreiben können.
Grundlagen der Atmung
Durch die Atmung können Pflanzen und andere Lebewesen die Energie freisetzen, die in den chemischen Bindungen von Kohlenhydraten wie Zucker aus Kohlendioxid und Wasser während der Photosynthese gespeichert ist. Während eine Vielzahl von Kohlenhydraten sowie Proteinen und Lipiden in der Atmung abgebaut werden kann, dient Glukose typischerweise als Modellmolekül zur Demonstration des Prozesses, das sich als die folgende chemische Formel ausdrücken lässt:
C6H12O6 (Glucose) + 6O2 (Sauerstoff) -> 6CO2 (Kohlendioxid) + 6H2O (Wasser) + 32 ATP (Energie)
Durch eine Reihe enzymgestützter Reaktionen werden die molekularen Bindungen von Kohlenhydraten durch die Atmung aufgebrochen und es entsteht nutzbare Energie in Form des Moleküls Adenosintriphosphat (ATP) sowie der Nebenprodukte Kohlendioxid und Wasser. Dabei wird auch Wärmeenergie freigesetzt.
Wege der Pflanzenatmung
Die Glykolyse ist der erste Schritt in der Atmung und benötigt keinen Sauerstoff. Es findet im Zytoplasma der Zellen statt und produziert eine geringe Menge ATP und Brenztraubensäure. Dieses Pyruvat gelangt dann in die innere Membran des Mitochondriums der Zelle für die zweite Phase der aeroben Atmung - den Krebs-Zyklus, auch bekannt als Citronensäure-Zyklus oder Tricarbonsäure (TCA) -, der eine Reihe chemischer Reaktionen umfasst, die Elektronen und Kohlenstoff freisetzen dioxid. Schließlich treten die während des Krebszyklus freigesetzten Elektronen in die Elektronentransportkette ein, wodurch Energie freigesetzt wird, die in einer kulminierenden oxidativen Phosphorylierungsreaktion zur Erzeugung von ATP verwendet wird.
Atmung und Photosynthese
Im Allgemeinen kann die Atmung als Umkehrung der Photosynthese betrachtet werden: Die Eingaben der Photosynthese - Kohlendioxid, Wasser und Energie - sind die Ausgaben der Atmung, obwohl die chemischen Prozesse dazwischen keine Spiegelbilder voneinander sind. Während die Photosynthese nur in Gegenwart von Licht und in chloroplastenhaltigen Blättern stattfindet, erfolgt die Atmung in allen lebenden Zellen Tag und Nacht.
Atmung und Pflanzenproduktivität
Die relativen Raten der Photosynthese, die Lebensmittelmoleküle produziert, und der Atmung, die diese Lebensmittelmoleküle zur Energiegewinnung verbrennt, beeinflussen die Gesamtproduktivität der Pflanzen. Übersteigt die Photosyntheseaktivität die Atmung, verläuft das Pflanzenwachstum auf hohem Niveau. Übersteigt die Atmung die Photosynthese, verlangsamt sich das Wachstum. Sowohl die Photosynthese als auch die Atmung nehmen mit zunehmender Temperatur zu, aber ab einem bestimmten Punkt nimmt die Photosyntheserate ab, während die Atmungsrate weiter ansteigt. Dies kann zu einem Verbrauch an gespeicherter Energie führen. Die Netto-Primärproduktivität - die Menge der von Grünpflanzen erzeugten Biomasse, die für den Rest der Nahrungskette nutzbar ist - stellt das Gleichgewicht zwischen Photosynthese und Atmung dar, berechnet durch Subtraktion der Energie, die für die Atmung des Kraftwerks verloren geht, von der gesamten chemischen Energie, die durch Photosynthese erzeugt wird. aka die Bruttoprimärproduktivität.