Attraverso la fotosintesi, le piante trasformano la luce solare in energia potenziale sotto forma di legami chimici delle molecole di carboidrati. Tuttavia, per utilizzare quell'energia immagazzinata per alimentare i loro processi vitali essenziali – dalla crescita e riproduzione alla guarigione delle strutture danneggiate – le piante devono convertirla in una forma utilizzabile. Tale conversione avviene tramite la respirazione cellulare, un importante percorso biochimico presente anche negli animali e in altri organismi.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
La respirazione costituisce una serie di reazioni guidate da enzimi che consentono alle piante di disattivare l'energia immagazzinata carboidrati trasformati tramite la fotosintesi in una forma di energia che possono utilizzare per alimentare la crescita e il metabolismo processi.
Nozioni di base sulla respirazione
La respirazione consente alle piante e ad altri esseri viventi di rilasciare l'energia immagazzinata nei legami chimici dei carboidrati come gli zuccheri prodotti dall'anidride carbonica e dall'acqua durante la fotosintesi. Mentre una varietà di carboidrati, così come proteine e lipidi, possono essere scomposti nella respirazione, il glucosio tipicamente serve come molecola modello per dimostrare il processo, che può essere espresso come la seguente sostanza chimica formula:
C6H12oh6 (glucosio) + 6O2 (ossigeno) --> 6CO2 (anidride carbonica) + 6H2O (acqua) + 32 ATP (energia)
Attraverso una serie di reazioni enzimatiche, la respirazione rompe i legami molecolari dei carboidrati per creare energia utilizzabile sotto forma della molecola adenosina trifosfato (ATP) e dei sottoprodotti di anidride carbonica e acqua. Nel processo viene rilasciata anche energia termica.
Vie di respirazione delle piante
La glicolisi serve come primo passo nella respirazione e non richiede ossigeno. Ha luogo nel citoplasma della cellula e produce una piccola quantità di ATP e acido piruvico. Questo piruvato entra quindi nella membrana interna del mitocondrio della cellula per la seconda fase della respirazione aerobica - il ciclo di Krebs, noto anche come il ciclo dell'acido citrico o la via dell'acido tricarbossilico (TCA), che comprende una serie di reazioni chimiche che rilasciano elettroni e anidride carbonica. Infine, gli elettroni liberati durante il ciclo di Krebs entrano nella catena di trasporto degli elettroni, che rilascia energia utilizzata in una reazione di fosforilazione ossidativa culminante per creare ATP.
Respirazione e fotosintesi
In senso generale, la respirazione può essere pensata come l'inverso della fotosintesi: gli input della fotosintesi - anidride carbonica, acqua ed energia - sono i risultati della respirazione, sebbene i processi chimici intermedi non siano immagini speculari l'uno dell'altro. Mentre la fotosintesi avviene solo in presenza di luce e nelle foglie contenenti cloroplasti, la respirazione avviene sia di giorno che di notte in tutte le cellule viventi.
Respirazione e produttività delle piante
I tassi relativi di fotosintesi, che produce molecole di cibo, e respirazione, che brucia quelle molecole di cibo per produrre energia, influenzano la produttività complessiva della pianta. Laddove l'attività della fotosintesi supera la respirazione, la crescita delle piante procede a un livello elevato. Dove la respirazione supera la fotosintesi, la crescita rallenta. Sia la fotosintesi che la respirazione aumentano con l'aumento della temperatura, ma a un certo punto il tasso di fotosintesi si stabilizza mentre il tasso di respirazione continua ad aumentare. Questo può portare a un esaurimento dell'energia immagazzinata. La produttività primaria netta - la quantità di biomassa creata dalle piante verdi che è utilizzabile dal resto della catena alimentare - rappresenta l'equilibrio della fotosintesi e respirazione, calcolata sottraendo l'energia persa per la respirazione della centrale elettrica dall'energia chimica totale prodotta dalla fotosintesi, alias l'energia primaria lorda produttività.