Vykdydami fotosintezę, augalai saulės šviesą paverčia potencialia energija angliavandenių molekulių cheminių ryšių pavidalu. Tačiau norėdami panaudoti tą sukauptą energiją savo gyvybiniams procesams - nuo augimo ir dauginimosi iki sugadintų struktūrų gydymui - augalai turi paversti ją tinkama forma. Tas pavertimas vyksta per ląstelių kvėpavimą, kuris yra pagrindinis biocheminis kelias, taip pat randamas gyvūnams ir kitiems organizmams.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Kvėpavimas yra fermentų varoma reakcijų serija, leidžianti augalams paversti sukauptą energiją angliavandeniai, fotosintezės būdu gauti į energijos formą, kurią jie gali naudoti augimui ir medžiagų apykaitai skatinti procesus.
Kvėpavimo pagrindai
Kvėpavimas leidžia augalams ir kitoms gyvoms medžiagoms fotosintezės metu išlaisvinti energiją, sukauptą cheminiuose angliavandenių ryšiuose, pavyzdžiui, iš anglies dioksido ir vandens pagamintuose cukruose. Nors įvairūs angliavandeniai, taip pat baltymai ir lipidai, gali būti skaidomi kvėpuojant, gliukozė paprastai tarnauja kaip modelio molekulė procesui parodyti, kurią galima išreikšti kaip šią cheminę medžiagą formulė:
C6H12O6 (gliukozė) + 6O2 (deguonis) -> 6CO2 (anglies dioksidas) + 6H2O (vanduo) + 32 ATP (energija)
Vykdydamas eilę fermentų palengvintų reakcijų, kvėpavimas pertraukia angliavandenių molekulinius ryšius, kad sukurtų adenozino trifosfato (ATP) molekulės pavidalu, taip pat anglies dioksido šalutiniai produktai ir vandens. Šilumos energija taip pat išsiskiria procese.
Augalų kvėpavimo keliai
Glikolizė yra pirmasis kvėpavimo žingsnis ir jai nereikia deguonies. Jis vyksta ląstelės citoplazmoje ir gamina nedidelį kiekį ATP ir piruvino rūgšties. Tada šis piruvatas patenka į vidinę ląstelės mitochondrijos membraną, kad būtų galima atlikti antrąją aerobinio kvėpavimo fazę - Krebso ciklą, dar vadinamą citrinos rūgšties ciklo arba trikarboksirūgšties (TCA) kelias, apimantis daugybę cheminių reakcijų, kurios išskiria elektronus ir anglies dioksidą. Galiausiai Krebso ciklo metu išsilaisvinę elektronai patenka į elektronų pernešimo grandinę, kuri išskiria energiją, naudojamą kulminacinėje oksidacinės-fosforilinimo reakcijoje, kad būtų sukurtas ATP.
Kvėpavimas ir fotosintezė
Bendra prasme kvėpavimas gali būti laikomas atvirkštine fotosintezės forma: fotosintezės įnašai - anglies dioksidas, vanduo ir energija - tai kvėpavimo rezultatas, nors tarp jų vykstantys cheminiai procesai nėra vienas kito veidrodiniai vaizdai. Nors fotosintezė vyksta tik esant šviesai ir chloroplastą turinčiuose lapuose, kvėpavimas vyksta tiek dieną, tiek naktį visose gyvose ląstelėse.
Kvėpavimas ir augalų produktyvumas
Santykiniai fotosintezės, kuria susidaro maisto molekulės, ir kvėpavimo, kuris degina tas maisto molekules, dažnis daro įtaką bendram augalų produktyvumui. Ten, kur fotosintezės aktyvumas viršija kvėpavimą, augalų augimas vyksta aukštu lygiu. Ten, kur kvėpavimas viršija fotosintezę, augimas sulėtėja. Tiek fotosintezė, tiek kvėpavimas didėja didėjant temperatūrai, tačiau tam tikru momentu fotosintezės greitis išsilygina, o kvėpavimo dažnis ir toliau didėja. Dėl to gali išsekti sukaupta energija. Grynasis pirminis produktyvumas - žaliųjų augalų sukurtas biomasės kiekis, kuris gali būti naudojamas likusiai maisto grandinei - atspindi fotosintezės ir kvėpavimas, apskaičiuotas atėmus jėgainės kvėpavimui prarastą energiją iš visos fotosintezės metu pagamintos cheminės energijos, dar žinomos kaip pirminis pirminis produktyvumas.
