من خلال عملية التمثيل الضوئي ، تحول النباتات ضوء الشمس إلى طاقة كامنة على شكل روابط كيميائية لجزيئات الكربوهيدرات. ومع ذلك ، لاستخدام هذه الطاقة المخزنة لتشغيل عمليات الحياة الأساسية - من النمو والتكاثر إلى علاج الهياكل التالفة - يجب على النباتات تحويلها إلى شكل قابل للاستخدام. يحدث هذا التحويل عن طريق التنفس الخلوي ، وهو مسار كيميائي حيوي رئيسي موجود أيضًا في الحيوانات والكائنات الحية الأخرى.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)
يشكل التنفس سلسلة من التفاعلات التي يحركها الإنزيم والتي تسمح للنباتات بتحويل الطاقة المخزنة يتم تصنيع الكربوهيدرات عن طريق التمثيل الضوئي في شكل من أشكال الطاقة التي يمكن استخدامها لتعزيز النمو والتمثيل الغذائي العمليات.
أساسيات التنفس
يسمح التنفس للنباتات والكائنات الحية الأخرى بإطلاق الطاقة المخزنة في الروابط الكيميائية للكربوهيدرات مثل السكريات المصنوعة من ثاني أكسيد الكربون والماء أثناء عملية التمثيل الضوئي. في حين أن مجموعة متنوعة من الكربوهيدرات ، وكذلك البروتينات والدهون ، قد تتحلل في التنفس ، فإن الجلوكوز يعمل عادةً كجزيء نموذجي لإظهار العملية ، والتي يمكن التعبير عنها على أنها المادة الكيميائية التالية معادلة:
ج6ح12ا6 (جلوكوز) + 6O2 (أكسجين) -> 6CO2 (ثاني أكسيد الكربون) + 6H2O (ماء) + 32 ATP (طاقة)
من خلال سلسلة من التفاعلات الميسرة بالإنزيم ، يكسر التنفس الروابط الجزيئية للكربوهيدرات ليخلق طاقة قابلة للاستخدام في شكل جزيء أدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) وكذلك المنتجات الثانوية لثاني أكسيد الكربون و ماء. يتم إطلاق الطاقة الحرارية أيضًا في هذه العملية.
مسارات تنفس النبات
يعتبر تحلل السكر بمثابة الخطوة الأولى في التنفس ولا يتطلب الأكسجين. يحدث في سيتوبلازم الخلية وينتج كمية صغيرة من ATP وحمض البيروفيك. يدخل هذا البيروفات بعد ذلك إلى الغشاء الداخلي لميتوكوندريا الخلية للمرحلة الثانية من التنفس الهوائي - دورة كريبس ، والمعروفة أيضًا باسم مسار دورة حمض الستريك أو مسار حمض الكربوكسيل (TCA) ، والذي يشمل سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تطلق الإلكترونات وثاني أكسيد الكربون. أخيرًا ، تدخل الإلكترونات المحررة خلال دورة كريبس في سلسلة نقل الإلكترون ، والتي تطلق الطاقة المستخدمة في تفاعل الفسفرة المؤكسد لتكوين ATP.
التنفس والتركيب الضوئي
بشكل عام ، يمكن اعتبار التنفس على أنه عكس عملية التمثيل الضوئي: مدخلات التمثيل الضوئي - ثاني أكسيد الكربون ، الماء والطاقة - هما نتاج التنفس ، على الرغم من أن العمليات الكيميائية بينهما ليست صورًا معكوسة لبعضها البعض. بينما يحدث التمثيل الضوئي فقط في وجود الضوء وفي الأوراق المحتوية على البلاستيدات الخضراء ، يحدث التنفس ليلًا ونهارًا في جميع الخلايا الحية.
التنفس وإنتاجية النبات
تؤثر المعدلات النسبية لعملية التمثيل الضوئي ، التي تنتج جزيئات الطعام ، والتنفس ، الذي يحرق جزيئات الطعام من أجل الطاقة ، على إنتاجية النبات بشكل عام. عندما يتجاوز نشاط التمثيل الضوئي التنفس ، يستمر نمو النبات على مستوى عالٍ. حيث يتجاوز التنفس عملية التمثيل الضوئي ، يتباطأ النمو. يزداد كل من التمثيل الضوئي والتنفس مع زيادة درجة الحرارة ، ولكن عند نقطة معينة ، يتوقف معدل التمثيل الضوئي بينما يستمر معدل التنفس في التصاعد. هذا يمكن أن يؤدي إلى استنفاد الطاقة المخزنة. صافي الإنتاجية الأولية - كمية الكتلة الحيوية التي تنتجها النباتات الخضراء والتي يمكن استخدامها لبقية السلسلة الغذائية - تمثل توازن التمثيل الضوئي و التنفس ، الذي يتم حسابه عن طريق طرح الطاقة المفقودة في تنفس محطة توليد الطاقة من إجمالي الطاقة الكيميائية الناتجة عن عملية التمثيل الضوئي ، ويعرف أيضًا باسم إجمالي الطاقة الأولية إنتاجية.