Αναπνοή στα φυτά

Η αναπνοή στα φυτά είναι η διαδικασία με την οποία τα φυτικά κύτταρα απελευθερώνουν ενέργεια από τη γλυκόζη και άλλα οργανικά μόρια και δεσμεύουν μέρος αυτής της ενέργειας στο ATP. Τα φυτά αναπνέουν συνεχώς, όχι μόνο τη νύχτα, επειδή τα ζωντανά κύτταρα στις ρίζες, στους βλαστούς, στα φύλλα, στα άνθη και στους σπόρους χρειάζονται σταθερή παροχή ενέργειας.

Σε αερόβιες συνθήκες, μια συνηθισμένη συνολική εξίσωση είναι

$$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \to 6CO_2 + 6H_2O + \text{energy}$$

Αυτή η εξίσωση είναι μόνο μια σύνοψη των συνολικών εισροών και εκροών. Η αναπνοή γίνεται μέσω πολλών σταδίων που ελέγχονται από ένζυμα και συνεχίζεται ακόμη και όταν ταυτόχρονα γίνεται και φωτοσύνθεση.

Τι σημαίνει πραγματικά η αναπνοή στα φυτά

Τα φυτικά κύτταρα χρειάζονται ATP για να πραγματοποιούν διεργασίες όπως η ενεργός μεταφορά, η ανάπτυξη, η επιδιόρθωση ιστών, η σύνθεση νέων μορίων και η φόρτωση σακχάρων στο φλοίωμα. Τα σάκχαρα που παράγονται με τη φωτοσύνθεση αποθηκεύουν χημική ενέργεια, αλλά το κύτταρο πρέπει πρώτα να απελευθερώσει αυτή την ενέργεια με ελεγχόμενο τρόπο πριν μπορέσει να τη χρησιμοποιήσει.

Η αναπνοή λύνει αυτό το πρόβλημα. Χωρίζει την απελευθέρωση ενέργειας σε μικρότερα στάδια, ώστε το κύτταρο να δεσμεύει μέρος της ενέργειας στο ATP αντί να τη χάνει όλη μονομιάς ως θερμότητα.

Πού γίνεται η αναπνοή στα φυτά

Η αναπνοή γίνεται στα ζωντανά φυτικά κύτταρα σε ολόκληρο το φυτό, συμπεριλαμβανομένων των ριζών, των βλαστών, των φύλλων, των ανθέων και των αναπτυσσόμενων σπόρων. Στα ευκαρυωτικά φυτικά κύτταρα, η γλυκόλυση αρχίζει στο κυτταρόπλασμα και τα επόμενα αερόβια στάδια γίνονται κυρίως στα μιτοχόνδρια.

Γι’ αυτό οι ρίζες αναπνέουν παρόλο που δεν φωτοσυνθέτουν. Γι’ αυτό επίσης ένα φυτό συνεχίζει να αναπνέει τόσο την ημέρα όσο και τη νύχτα.

Αναπνοή στα φυτά και φωτοσύνθεση

Η φωτοσύνθεση και η αναπνοή συνδέονται, αλλά δεν είναι η ίδια διαδικασία σε αντίστροφη πορεία. Η φωτοσύνθεση χρησιμοποιεί φωτεινή ενέργεια για να συνθέσει οργανικά μόρια πλούσια σε ενέργεια. Η αναπνοή απελευθερώνει αξιοποιήσιμη ενέργεια από αυτά τα μόρια ώστε το κύτταρο να μπορεί να επιτελεί έργο.

Σε ένα πράσινο φύλλο κατά τη διάρκεια της ημέρας, και οι δύο διαδικασίες μπορούν να συμβαίνουν ταυτόχρονα. Αν η φωτοσύνθεση γίνεται ταχύτερα από την αναπνοή, το φυτό μπορεί να εμφανίζει καθαρή πρόσληψη $CO_2$ και καθαρή απελευθέρωση $O_2$. Αυτή η κατάσταση δεν σημαίνει ότι η αναπνοή έχει σταματήσει. Σημαίνει ότι εκείνη τη στιγμή η φωτοσύνθεση έχει μεγαλύτερο καθαρό αποτέλεσμα.

Λυμένο παράδειγμα: γιατί οι ρίζες χρειάζονται οξυγόνο

Φανταστείτε ένα έδαφος που έχει πλημμυρίσει μετά από δυνατή βροχή. Τα κύτταρα της ρίζας εξακολουθούν να χρειάζονται ATP για να απορροφούν ανόργανα ιόντα και να διατηρούν τις εσωτερικές τους συνθήκες. Όταν όμως οι πόροι του εδάφους γεμίζουν με νερό, πολύ λιγότερο οξυγόνο μπορεί να διαχυθεί προς τις ρίζες.

Με λιγότερο διαθέσιμο οξυγόνο, η αερόβια αναπνοή περιορίζεται. Τότε τα κύτταρα της ρίζας δεν μπορούν να παράγουν ATP τόσο αποτελεσματικά όσο σε καλά αεριζόμενο έδαφος. Η πρόσληψη ιόντων και η λειτουργία της ρίζας μπορεί να επηρεαστούν, και ολόκληρο το φυτό μπορεί να αρχίσει να μαραίνεται παρόλο που υπάρχει νερό γύρω από τις ρίζες.

Αυτό το παράδειγμα δείχνει το βασικό σημείο: η αναπνοή στα φυτά δεν αφορά την παραγωγή τροφής. Αφορά την παραγωγή αξιοποιήσιμης ενέργειας από αποθηκευμένη τροφή, και η διαθεσιμότητα οξυγόνου μπορεί να επηρεάσει έντονα αυτή τη διαδικασία.

Συνηθισμένα λάθη για την αναπνοή στα φυτά

Λάθος 1: Να νομίζουμε ότι τα φυτά αναπνέουν μόνο τη νύχτα

Τα φυτά αναπνέουν συνεχώς. Τη νύχτα, η φωτοσύνθεση συνήθως σταματά επειδή δεν υπάρχει φως, αλλά η αναπνοή συνεχίζεται.

Λάθος 2: Να συγχέουμε την αναπνοή με την ανταλλαγή αερίων

Τα φυτά πράγματι ανταλλάσσουν αέρια, αλλά η ίδια η αναπνοή είναι μια κυτταρική μεταβολική διαδικασία που γίνεται μέσα στα κύτταρα. Η ανταλλαγή αερίων υποστηρίζει την αναπνοή· δεν είναι το ίδιο πράγμα με την αναπνοή.

Λάθος 3: Να υποθέτουμε ότι αναπνέουν μόνο τα φύλλα

Όλοι οι ζωντανοί φυτικοί ιστοί αναπνέουν. Οι ρίζες, οι καρποί, οι σπόροι και οι αναπτυσσόμενοι βλαστοί χρειάζονται όλοι ATP.

Λάθος 4: Να θεωρούμε τη φωτοσύνθεση και την αναπνοή ακριβώς αντίθετες

Οι συνολικές εξισώσεις τους φαίνονται σχετικές, αλλά οι μεταβολικές οδοί, τα οργανίδια, τα ένζυμα και οι βιολογικοί ρόλοι είναι διαφορετικά.

Πότε έχει σημασία η αναπνοή στα φυτά

Η αναπνοή στα φυτά έχει σημασία στη φυσιολογία των φυτών, στην επιστήμη καλλιεργειών, στη βιολογία αποθήκευσης και στην οικολογία. Βοηθά να εξηγηθεί γιατί οι ρίζες χρειάζονται οξυγόνο, γιατί οι συγκομισμένοι καρποί συνεχίζουν να αλλάζουν μετά τη συλλογή, γιατί οι σπόροι που βλαστάνουν καταναλώνουν αποθηκευμένη τροφή και γιατί η θερμοκρασία μπορεί να επηρεάζει τον μεταβολισμό των φυτών.

Είναι ιδιαίτερα χρήσιμη όταν θέλετε να κατανοήσετε τη διαφορά ανάμεσα στην αποθήκευση ενέργειας και στη χρήση ενέργειας στα φυτά.

Δοκιμάστε μια σχετική σύγκριση

Συγκρίνετε στη συνέχεια την αναπνοή στα φυτά με τη φωτοσύνθεση. Βλέποντας τις δύο μαζί, γίνεται πολύ πιο εύκολο να θυμάστε τι αποθηκεύουν τα φυτά, τι χρησιμοποιούν και γιατί και οι δύο διαδικασίες έχουν σημασία.