תוֹכֶן
באמצעות פוטוסינתזה, צמחים הופכים את אור השמש לאנרגיה פוטנציאלית בצורה של קשרים כימיים של מולקולות פחמימות. עם זאת, כדי להשתמש באנרגיה המאוחסנת בכדי להניע את תהליכי החיים החיוניים שלהם - מגידול ורבייה ועד לריפוי מבנים פגומים - על הצמחים להמיר אותה לצורה שמישה. המרה זו מתבצעת באמצעות נשימה תאית, מסלול ביוכימי מרכזי הנמצא גם בבעלי חיים ואורגניזמים אחרים.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
נשימה מהווה סדרה של תגובות מונעות אנזימים המאפשרות לצמחים להפוך את האנרגיה המאוחסנת של פחמימות המיוצרות באמצעות פוטוסינתזה לצורת אנרגיה בה הם יכולים להשתמש בכדי להניע כוח לצמיחה ותהליכים מטבוליים.
יסודות נשימה
ההנשמה מאפשרת לצמחים ולדברים חיים אחרים לשחרר את האנרגיה האגורה בקשרים הכימיים של פחמימות כמו סוכרים המיוצרים מפחמן דו חמצני ומים במהלך פוטוסינתזה. בעוד שמגוון של פחמימות, כמו גם חלבונים וליפידים, עשויים להתפרק בנשימה, גלוקוז משמש בדרך כלל כמולקולת המודל להדגמת התהליך, שיכול לבוא לידי ביטוי כנוסחה הכימית הבאה:
ג6ח12O6 (גלוקוז) + 6O2 (חמצן) -> 6CO2 (פחמן דו חמצני) + 6H2O (מים) + 32 ATP (אנרגיה)
באמצעות סדרה של תגובות מקלות אנזימים, הנשימה שוברת את הקשרים המולקולריים של הפחמימות ליצירת אנרגיה שמישה בצורה של מולקולת אדנוזין טריפוספט (ATP) וכן תוצרי הלוואי של פחמן דו חמצני ומים. אנרגיית חום משתחררת גם בתהליך.
מסלולי הנשימה מהצומח
גליקוליזה משמשת כצעד ראשון בהנשמה ואינה דורשת חמצן. זה מתרחש בציטופלזמה בתאים ומייצר כמות קטנה של ATP וחומצה פירובית. פירובט זה נכנס אז לקרום הפנימי של המיטוכונדריון של התא לשלב השני של הנשימה אירובית - מחזור קרבס, המכונה גם מחזור חומצת לימון או מסלול חומצה טריקארבוקסילית (TCA), המקיף סדרה של תגובות כימיות המשחררות אלקטרונים ופחמן דו חמצני. לבסוף האלקטרונים המשוחררים במהלך מחזור קרבס נכנסים לשרשרת הובלת האלקטרונים, שמשחררת אנרגיה המשמשת בתגובה חמצונית-זרחתית לשיאה ליצירת ATP.
נשימה ופוטוסינתזה
במובן כללי, ניתן לחשוב על הנשימה היפוכה של הפוטוסינתזה: תשומות הפוטוסינתזה - פחמן דו חמצני, מים ואנרגיה - הן תפוקות הנשימה, אם כי התהליכים הכימיים שביניהם אינם תמונות ראי זה של זה. בעוד שפוטוסינתזה מתרחשת רק בנוכחות אור ובעלים המכילים כלורופלסט, הנשימה מתרחשת גם ביום וגם בלילה בכל התאים החיים.
נשימה ופריון צמחי
השיעורים היחסיים של פוטוסינתזה, המייצרת מולקולות מזון והנשמה, ששורפת את מולקולות המזון האנרגיה, משפיעות על התפוקה הכוללת של הצמח. כאשר פעילות הפוטוסינתזה עולה על הנשימה, צמיחת הצומח מתקדמת ברמה גבוהה. במקום בו הנשימה עולה על פוטוסינתזה, הצמיחה מאטה. גם הפוטוסינתזה והנשימה מתגברים עם עליית הטמפרטורה, אך בנקודה מסוימת, קצב הפוטוסינתזה הולך ומסתיים בזמן שקצב הנשימה ממשיך להסלים. זה יכול להוביל לדלדול האנרגיה המאוחסנת. הפריון העיקרי נטו - כמות הביומסה שנוצרת על ידי צמחים ירוקים שמישים לשאר שרשרת המזון - מייצגת את האיזון של הפוטוסינתזה והנשימה, המחושבת על ידי הפחתת האנרגיה שאבדה לנשימה של תחנות הכוח מכלל האנרגיה הכימית המיוצרת על ידי פוטוסינתזה, המכונה התפוקה העיקרית הגולמית.