Salute e malattia
Le piante usano la respirazione per convertire l'energia nelle molecole di glucosio prodotte durante la fotosintesi in molecole contenenti energia utilizzabile. Il processo consuma glucosio e ossigeno, lo stesso della respirazione negli animali, e produce energia, anidride carbonica e acqua.
La glicolisi è il primo processo della respirazione cellulare. Avviene nel citoplasma della cellula vegetale, lo spazio libero riempito di fluido all'interno del corpo cellulare. Durante la glicolisi, il glucosio prodotto durante la fotosintesi e rilasciato nel citoplasma viene scomposto in molecole acide, rilasciando una piccola quantità di energia nel processo, immagazzinata in molecole. L'ossigeno non è coinvolto nella glicolisi, rendendola un processo anaerobico.
Il Ciclo di Krebs, anche chiamato ciclo dell'acido citrico, converte l'acido prodotto durante la glicolisi in molecole energetiche. Questo processo avviene nei mitocondri della cellula, un organello contenente strati di membrane ripiegate molte volte. Queste membrane sono chiamate creste. Sono dotate di enzimi che possono rimuovere l'energia sotto forma di elettroni dalle molecole energetiche prodotte durante la respirazione. Il Ciclo di Krebs produce anche anidride carbonica come prodotto di scarto.
Gli enzimi contenuti lungo le creste dei mitocondri insieme alle molecole di pigmento formano la catena di trasporto degli elettroni. Mentre le molecole energetiche passano attraverso una serie di questi enzimi e pigmenti, i loro elettroni vengono rimossi e usati per far passare molecole di idrogeno, prese dalle molecole energetiche, attraverso la membrana nella sezione esterna dei mitocondri. L'ossigeno è un componente essenziale in questo processo. È responsabile della rimozione degli elettroni dalla catena così che possano fornire energia alla pianta. Gli elettroni vengono infine passati lungo la catena e usati per formare una nuova molecola energetica adatta per l'immagazzinamento energetico. L'ossigeno si lega con l'idrogeno pompato attraverso la membrana e forma acqua.
La produzione di molecole che immagazzinano energia avviene attraverso un processo chiamato chemiosmosi. Questo avviene mentre l'idrogeno viene spostato attraverso la membrana mitocondriale al compartimento esterno alla fine della catena di trasporto degli elettroni. L'accumulo di idrogeno caricato positivamente all'interno della membrana crea una carica sproporzionata da un lato. Di conseguenza, l'idrogeno viene trasferito alla sezione esterna più negativamente carica dei mitocondri, rilasciando la sua energia mentre passa. Questa energia viene poi usata per produrre le molecole contenenti energia.
La respirazione può ancora avvenire senza ossigeno. Questo processo anaerobico è chiamato fermentazione e inizia con la glicolisi. Poiché nessun ossigeno è coinvolto nella glicolisi, il processo produce ancora acido in condizioni anaerobiche. Durante la fermentazione, la glicolisi avviene nelle cellule di lievito, dove l'acido prodotto viene convertito in alcol etilico. Le cellule di lievito contengono enzimi specializzati che sono in grado di effettuare questa conversione. La fermentazione produce molecole che immagazzinano energia e anidride carbonica. Pane e alcol sono entrambi prodotti usando la fermentazione.
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