Dýchanie rastlín

Dýchanie je analogické horeniu látok, ktoré prebieha v organizme za účasti O2 a mnohých enzýmov, a výsledkom ktorého je uvoľnenie chemickej energie (v menšej miere aj tepla) a rozklad látok na CO2 a H2O. Analógiou nedokonalého horenia je anaeróbne dýchanie, ktorého výsledkom je uvoľnenie menšieho množstva energie a vznik rôznych oxidačných produktov (etanol, kyselina mliečna a pod.).

Pomer medzi vydýchaným CO2 a prijatým O2 sa nazýva respiračný kvocient (RQ). Pri úplnom rozklade glukózy je pomer RQ = 1 (6CO2 : 6O2). Ak by rastlina predýchavala nejakú inú zlúčeninu, pomer by bol iný, spravidla menší ako 1 (napr. tuky majú RQ = 0,34-0,7, ale napr. kyselina oxaloctová až RQ = 4). Čím nižšia je hodnota RQ, tým viac O2 je potrebného na predýchanie daného substrátu a menší je aj energetický zisk.

Chemicky možno proces dýchania sacharidov zapísať sumárnou rovnicou:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 2820 kJ

Komplex respiračných procesov možno rozdeliť do 4 nadväzujúcich dejov:

  1. glykolýza - hlavná cesta oxidácie sacharidov na pyruvát
  2. oxidačná dekarboxylácia pyruvátu - enzymatická premena pyruvátu za vznik zlúčeniny acetylkoenzým A (acetyl-CoA)
  3. Krebsov cyklus - cyklická premena acetyl-CoA cez rad enzymatických zmien, výsledkom ktorého je zisk redukovaných koenzýmov (NADH + H+, FADH2)
  4. koncový dýchací reťazec - biologická oxidácia vodíka na H2O a fixácia energie v podobe ATP - oxidatívna fosforylácia

Glykolýza link

Pri glykolýze sa molekula glukózy rozštiepi radom enzymatických reakcií na konečný produkt 2 molekuly kys. pyrohroznovej (pyruvát). Tento proces prebieha v cytosole a môže prebiehať aj pri nedostatku kyslíka, takže sa predpokladá, že sa vyvinul vo veľmi skorých etapách vývoja bunky. Celkovo sa premenou glukózy na pyruvát uvoľní energia v podobe 2 molekúl ATP. Tejto tvorbe ATP hovoríme substrátová fosforylácia, pretože prebieha priamo na substráte, ktorým je metabolit glukózy.

C6H12O6 → 2CH3-CO-COOH + 2ATP + 2NADH + H+

Hoci z energetického hľadiska nie je tento proces pri aeróbnych organizmoch až tak významný (v Krebsovom cykle a pri oxidácii vodíka sa vyprodukuje oveľa viac ATP), je dôležitý práve vznikom redukovaného koenzýmu a pyruvátu, ktoré sú potrebné v ďalších procesoch.

Aeróbna dekarboxylácia kys. pyrohroznovej link

V tejto časti nastáva enzymatická premena (enzým pyruvátdehydrogenáza) pyruvátu za postupného odštepovania CO2 (dekarboxylácia) a uvoľňovania energie. Výsledkom dekarboxylácie je vznik zlúčeniny acetylkoenzým A (acetyl-CoA), čiže aktivovanej kys. octovej. Tento proces prebieha v matrixe mitochondrií.

CH3-CO-COOH + NAD+ + CoA → acetyl-CoA + NADH + H+ + CO2

Krebsov cyklus link

Nazýva sa aj citrátový cyklus alebo cyklus kyseliny citrónovej. Do tohto cyklu vstupuje acetylkoenzým A. Dochádza k oxidácii posledných dvoch atómov uhlíka na CO2. Toto sa deje prechodom cez 9 redoxných systémov za účasti špecifických enzýmov. Cyklus končí vytvorením oxalacetátu. Redukované koenzýmy prechádzajú do dalšej fázy dýchania, do koncového dýchacieho reťazca.

Koncový dýchací reťazec link

Dýchací reťazec je metabolická dráha lokalizovaná na vnútornej mitochondriálnej membráne. Z funkčného hľadiska sa skladá z 2 skupín proteínových komplexov:

  1. elektrón transportný reťazec - proteínový komplex I, II, III a IV
  2. ATP syntáza

Elektrón transportný reťazec funguje nasledovne:

  1. do dýchacieho reťazca sú pomocou redukovaných koenzýmov (NADH a FADH2) prenesené elektróny a ióny vodíka
  2. najprv sa energia v podobe elektrónu z NADH odovzdá na komplex I, čím sa aktivuje
  3. aktivovaný komplex I je protónová pumpa, ktorá proti koncentračnému gradientu pumpuje H+ z mitochondriálneho matrixu do medzimembránového priestoru
  4. elektrón sa potom presúva cez komplex II na CoQ (Q)
  5. zároveň FADH2 reaguje s komplexom II, ktorému odovzdáva svoj elektrón (CoQ tak získava elektróny z NADH aj FADH2)
  6. elektróny putujú ďalej na komplex III
  7. komplex III sa aktivuje a tiež funguje ako protónová pumpa
  8. cez cytochróm B elektróny prechádzajú ďalej na komplex IV
  9. komplex IV sa aktivuje a tiež funguje ako protónová pumpa
  10. posledným akceptorom elektrónov je O2, ktorý disociuje na 2O2- a ten sa spája so 4H+ za vzniku 2H2O

Pôsobením elektrón transportného reťazca sa vytvára koncentračný gradient H+, ktorého energiu využíva enzým ATP syntáza na tvorbu ATP pri spätnom prechode H+ do matrixu. Keďže energia potrebná na vznik makroergických fosfátových väzieb ATP sa uvoľňuje oxidáciou, hovoríme o oxidatívnej fosforylácii.

Odbúraním jednej molekuly glukózy sa vytvorí v celom cykle dýchania 38 molekúl ATP. Časť uvoľnenej energie sa vyžiari vo forme tepla. Nasledovná tabuľka sumarizuje zisk energie na jednu molekulu odbúranej glukózy v podobe ATP v jednotlivých krokoch:

Glykolýza2 ATP
Krebsov cyklus2 ATP
Dýchací reťazec 2 NADH + H+ (glykolýza)6 ATP
2 NADH + H+ (tvorba acetyl-CoA)6 ATP
6 NADH + H+ (Krebsov cyklus)18 ATP
2 FADH2 (Krebsov cyklus)4 ATP
celkom:38 ATP

Zopakuj si

1. Konečným produktom anaeróbnej glykolýzy je
arrow_forward_ios
2. Typickými znakmi dýchania v protiklade s fotosyntézou je, že dýchanie
arrow_forward_ios
3. Celkový energetický efekt dýchania, ktorého substrátom je glukóza, je
arrow_forward_ios
4. Proces biologickej oxidácie živín môže prebiehať
arrow_forward_ios
5. Pri dýchaní rastliny
arrow_forward_ios

Ďalšie články

Pohyby rastlín

Pohyby rastlín plnia inú funkciu ako pohyb živočíchov. Živočíchy si pohybom zabezpečujú potravu, obranu a reprodukciu. Pohyby rastlín majú rôznu formu a zabezpečujú rastline napríklad vhodné postavenie voči svetlu alebo uvoľňovanie semien. Väčšinou sa jedná o pohyby jednotlivých častí tela, len u jednobunkových rias o pohyb z miesta na miesto.

Rozmnožovanie rastlín

Rozmnožovanie je jednou z hlavných podmienok existencie a zachovania druhu. Pohlavný spôsob spočíva v produkcii peľu a vajíčok, ktoré vznikajú v špeciálnych generatívnych orgánoch. U rastlín sa do veľkej miery uchovalo aj vegetatívne rozmnožovanie, ktoré zabezpečuje rýchlejšie osídlenie určitého stanovišťa alebo umožňuje prežiť medzidruhovým krížencom a umelým kultivarom.

Výživa rastlín

Fotosyntéza je zdrojom takmer všetkých organických látok, ktoré vznikajú prirodzeným spôsobom, teda bez zásahu ľudskej technickej činnosti. Život vo forme, aká existuje na našej planéte je podmienený fotosyntézou. Fotosyntéza predstavuje autotrofný spôsob výživy všetkých zelených rastlín. Napriek tomu sa aj v rastlinnej ríši stretávame s heterotrofným alebo kombinovaným (mixotrofným) spôsobom výživy.

forward