Izmantojot fotosintēzi, augi pārveido saules gaismu par potenciālu enerģiju ogļhidrātu molekulu ķīmisko saišu formā. Tomēr, lai izmantotu šo uzkrāto enerģiju, lai darbinātu viņu būtiskos dzīves procesus - sākot no augšanas un vairošanās līdz bojātu struktūru dziedināšanai, augiem tā jāpārvērš izmantojamā formā. Šī konversija notiek caur šūnu elpošanu, kas ir galvenais bioķīmiskais ceļš, kas atrodams arī dzīvniekiem un citiem organismiem.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Elpošana veido virkni fermentu vadītu reakciju, kas ļauj augiem pārvērst uzkrāto enerģiju ogļhidrāti, kas fotosintēzes ceļā tiek iegūti enerģijas formā, ko tie var izmantot izaugsmes un vielmaiņas veicināšanai procesi.
Elpošanas pamati
Elpošana ļauj augiem un citām dzīvām būtnēm fotosintēzes laikā atbrīvot enerģiju, kas uzkrāta ogļhidrātu ķīmiskajās saitēs, piemēram, cukuros, kas izgatavoti no oglekļa dioksīda un ūdens. Kaut arī dažādus ogļhidrātus, kā arī olbaltumvielas un lipīdus var sadalīt elpošana, glikoze parasti kalpo kā paraugmolekula procesa demonstrēšanai, ko var izteikt kā šādu ķīmisku vielu formula:
C6H12O6 (glikoze) + 6O2 (skābeklis) -> 6CO2 (oglekļa dioksīds) + 6H2O (ūdens) + 32 ATP (enerģija)
Izmantojot virkni fermentu veicinātu reakciju, elpošana pārtrauc ogļhidrātu molekulārās saites, lai izveidotos izmantojamā enerģija adenozīna trifosfāta (ATP) molekulas formā, kā arī oglekļa dioksīda blakusprodukti un ūdens. Šajā procesā tiek atbrīvota arī siltuma enerģija.
Augu elpošanas ceļi
Glikolīze kalpo kā pirmais solis elpošanā un neprasa skābekli. Tas notiek šūnas citoplazmā un rada nelielu daudzumu ATP un pirovīnskābes. Pēc tam šis piruvāts iekļūst šūnas mitohondrijas iekšējā membrānā, lai iegūtu otro aerobās elpošanas fāzi - Krebsa ciklu, kas pazīstams arī kā citronskābes cikla vai trikarboksilskābes (TCA) ceļš, kas ietver virkni ķīmisko reakciju, kas atbrīvo elektronus un oglekļa dioksīdu. Visbeidzot, Krebsa cikla laikā atbrīvotie elektroni nonāk elektronu transporta ķēdē, kas atbrīvo enerģiju, kas izmantota kulminācijas oksidatīvās-fosforilēšanas reakcijā, lai izveidotu ATP.
Elpošana un fotosintēze
Kopumā elpošanu var uzskatīt par fotosintēzes apgriezto daļu: fotosintēzes izejvielas - oglekļa dioksīds, ūdens un enerģija ir elpošanas izeja, kaut arī starp tiem notiekošie ķīmiskie procesi nav viens otra spoguļattēli. Kamēr fotosintēze notiek tikai gaismas klātbūtnē un hloroplastu saturošās lapās, elpošana notiek gan dienā, gan naktī visās dzīvajās šūnās.
Elpošana un augu produktivitāte
Relatīvais fotosintēzes ātrums, kas rada pārtikas molekulas, un elpošana, kas sadedzina šīs pārtikas molekulas enerģijas dēļ, ietekmē augu kopējo produktivitāti. Vietās, kur fotosintēzes aktivitāte pārsniedz elpošanu, augu augšana notiek augstā līmenī. Vietās, kur elpošana pārsniedz fotosintēzi, augšana palēninās. Gan fotosintēze, gan elpošana palielinās, paaugstinoties temperatūrai, taču noteiktā brīdī fotosintēzes ātrums izlīdzinās, kamēr elpošanas ātrums turpina palielināties. Tas var novest pie uzkrātās enerģijas izsīkšanas. Neto primārā produktivitāte - zaļo augu radītās biomasas daudzums, ko var izmantot pārējā pārtikas ķēdē - atspoguļo fotosintēzes līdzsvaru un elpošana, kas aprēķināta, no kopējās ķīmiskās enerģijas, ko rada fotosintēze, jeb bruto primārā enerģija, atņemot spēkstacijas elpošanai zaudēto enerģiju produktivitāte.