באמצעות פוטוסינתזה, צמחים הופכים את אור השמש לאנרגיה פוטנציאלית בצורה של קשרים כימיים של מולקולות פחמימות. עם זאת, כדי להשתמש באנרגיה המאוחסנת הזו בכדי להניע את תהליכי חייהם החיוניים - מצמיחה ורבייה ועד לריפוי מבנים פגומים - על הצמחים להמיר אותה בצורה שמישה. המרה זו מתרחשת באמצעות נשימה תאית, דרך ביוכימית עיקרית המצויה גם בבעלי חיים ובאורגניזמים אחרים.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
הנשימה מהווה סדרה של תגובות מונעות אנזימים המאפשרות לצמחים להפוך את האנרגיה המאוחסנת של פחמימות המופקות באמצעות פוטוסינתזה לצורה של אנרגיה בה הם יכולים להשתמש בכדי להניע צמיחה ומטבוליזם תהליכים.
יסודות הנשימה
הנשימה מאפשרת לצמחים ויצורים חיים אחרים לשחרר את האנרגיה המאוחסנת בקשרים כימיים של פחמימות כגון סוכרים העשויים מפחמן דו חמצני ומים במהלך הפוטוסינתזה. בעוד שמגוון של פחמימות, כמו גם חלבונים ושומנים, עשויים להתפרק בנשימה, גלוקוז משמש בדרך כלל כמולקולת המודל להדגמת התהליך, אשר יכול לבוא לידי ביטוי כחומר הכימי הבא נוּסחָה:
ג6ה12או6 (גלוקוז) + 6O2 (חמצן) -> 6CO2 (פחמן דו חמצני) + 6H2O (מים) + 32 ATP (אנרגיה)
באמצעות סדרה של תגובות המופעלות על ידי האנזים, הנשימה שוברת את הקשרים המולקולריים של פחמימות ליצירה אנרגיה שמיש בצורה של מולקולת אדנוזין טריפוספט (ATP) כמו גם תוצרי לוואי של פחמן דו חמצני מים. אנרגית חום משתחררת גם בתהליך.
מסלולי הנשימה של הצמח
הגליקוליזה משמשת כצעד הראשון בנשימה ואינה דורשת חמצן. זה מתרחש בציטופלזמה של התא ומייצר כמות קטנה של ATP וחומצה פירובית. פירובט זה נכנס ואז לקרום הפנימי של המיטוכונדריון של התא לשלב השני של הנשימה האירובית - מחזור קרבס, המכונה גם מחזור חומצת לימון או מסלול חומצה טריקרבוקסילית (TCA), המקיף סדרה של תגובות כימיות המשחררות אלקטרונים ופחמן דו חמצני. לבסוף, האלקטרונים המשוחררים במהלך מחזור קרבס נכנסים לשרשרת הובלת האלקטרונים, המשחררת אנרגיה המשמשת בתגובה חמצונית-זרחונית לשיאה ליצירת ATP.
נשימה ופוטוסינתזה
במובן הכללי, ניתן לחשוב על הנשימה כהפוך לפוטוסינתזה: תשומות הפוטוסינתזה - פחמן דו חמצני, מים ואנרגיה - הם תפוקות הנשימה, אם כי התהליכים הכימיים שביניהם אינם תמונות ראי זה לזה. בעוד שהפוטוסינתזה מתרחשת רק בנוכחות אור ובעלים המכילים כלורופלסט, הנשימה מתרחשת גם ביום וגם בלילה בכל התאים החיים.
נשימה ופריון הצמחים
השיעורים היחסיים של פוטוסינתזה, המייצרת מולקולות מזון, ונשימה, ששורפת את מולקולות המזון הללו לצורך אנרגיה, משפיעות על תפוקת הצמחים הכוללת. כאשר פעילות הפוטוסינתזה חורגת מהנשימה, צמיחת הצמחים מתנהלת ברמה גבוהה. כאשר הנשימה עולה על הפוטוסינתזה, הצמיחה מאטה. גם הפוטוסינתזה וגם הנשימה עולים עם עליית הטמפרטורה, אך בשלב מסוים, קצב הפוטוסינתזה מצטמצם בזמן שקצב הנשימה ממשיך להסלים. זה יכול להוביל לדלדול של אנרגיה מאוחסנת. הפרודוקטיביות הראשונית נטו - כמות הביומסה שנוצרת על ידי צמחים ירוקים שמיועדת לשאר שרשרת המזון - מייצגת את מאזן הפוטוסינתזה ו הנשימה, המחושבת על ידי הפחתת האנרגיה שאבדה לנשימת תחנת הכוח מכלל האנרגיה הכימית המיוצרת על ידי פוטוסינתזה, המכונה גם הראשונית פִּריוֹן.