Hô hấp là quá trình thiết yếu cho sự sống của mọi sinh vật, bao gồm cả thực vật. Thực vật sử dụng các con đường hô hấp khác nhau để tạo ra năng lượng cần thiết cho các hoạt động sống. Hai hình thức hô hấp chính ở thực vật là phân giải kị khí và phân giải hiếu khí.
A. Phân Giải Kị Khí (Hô Hấp Yếm Khí)
Phân giải kị khí là quá trình phân giải chất hữu cơ để tạo ra năng lượng mà không cần oxy. Ở thực vật, quá trình này thường xảy ra trong điều kiện thiếu oxy, ví dụ như khi rễ cây bị ngập úng, hạt ngâm trong nước hoặc trong các mô sâu bên trong thân cây.
Quá trình phân giải kị khí bao gồm hai giai đoạn chính: đường phân và lên men.
-
Đường phân: Xảy ra trong tế bào chất, đây là quá trình phân giải glucose thành axit pyruvic. Mỗi phân tử glucose trải qua đường phân tạo ra 2 phân tử axit pyruvic và 2 ATP (adenosine triphosphate), một dạng năng lượng tế bào.
-
Lên men: Axit pyruvic, sản phẩm của đường phân, tiếp tục được chuyển hóa qua quá trình lên men. Quá trình này có thể tạo ra các sản phẩm khác nhau tùy thuộc vào loài thực vật và điều kiện môi trường. Phổ biến nhất là lên men rượu, tạo ra ethanol (rượu etylic) và khí CO2, hoặc lên men lactic, tạo ra axit lactic.
B. Phân Giải Hiếu Khí (Hô Hấp Hiếu Khí)
Phân giải hiếu khí là quá trình phân giải chất hữu cơ để tạo ra năng lượng với sự tham gia của oxy. Đây là con đường hô hấp chính của thực vật trong điều kiện có đủ oxy.
Quá trình phân giải hiếu khí bao gồm hai giai đoạn chính: đường phân (tương tự như trong phân giải kị khí) và hô hấp hiếu khí.
-
Đường phân: Như đã mô tả ở trên, xảy ra ở tế bào chất và tạo ra axit pyruvic.
-
Hô hấp hiếu khí: Gồm hai giai đoạn chính là chu trình Krebs (chu trình axit citric) và chuỗi truyền electron.
-
Chu trình Krebs: Diễn ra trong chất nền của ti thể. Axit pyruvic từ đường phân được chuyển đổi thành Acetyl-CoA và tham gia vào chu trình Krebs. Tại đây, Acetyl-CoA được oxy hóa hoàn toàn, giải phóng CO2 và tạo ra các phân tử mang năng lượng (NADH và FADH2). Oxy đóng vai trò quan trọng trong việc chấp nhận electron gián tiếp, đảm bảo chu trình diễn ra liên tục.
-
Chuỗi truyền electron: Diễn ra ở màng trong của ti thể. Các phân tử mang năng lượng (NADH và FADH2) từ chu trình Krebs chuyển electron qua chuỗi truyền electron. Năng lượng được giải phóng trong quá trình này được sử dụng để tạo ra ATP thông qua quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Oxy là chất nhận electron cuối cùng, tạo ra nước (H2O).
-
Kết quả của quá trình phân giải hiếu khí là từ một phân tử glucose, thực vật có thể tạo ra lượng ATP lớn hơn nhiều so với phân giải kị khí. Ước tính từ 2 phân tử axit pyruvic tạo ra từ đường phân, hô hấp hiếu khí có thể giải phóng 6 CO2, 6 H2O và tích lũy được khoảng 36 ATP. Điều này cho thấy hiệu quả năng lượng vượt trội của hô hấp hiếu khí so với hô hấp kị khí.