تنفس: تولید انرژی برای متابولیسم گیاه

تنفس فرایندی است که انرژی ذخیره شده در مولکولهای الی برای انجام کار متابولیک را ازاد می کند. فرایندی که در همه سلولهای زنده انجام می شود .سرعت آن بوسیله انزیمها و دی اکسید کربن ازاد شده و آب کنترل می شود. تنفس ،دم و بازدم هوا بوسیله حیوانات مشابه تنفس در گیاهان نیست. حیوانات و گیاهان هر دو تنفس می کنند اما گیاهان مانند حیوانات نفس نمی کشند،سیستم تنفسی اختصاصی دارند. در گیاهان گازها درون گیاه منتشر می شوند.(از میان روزنه ها یا مستقیما در میان سلولهای اپیدرمی) جایی که انها اشغال می کنند در تماس با غشای سلولی مرطوب و سپس حرکت در آب با شیب انتشار بین و در داخل سلولهاست.   انتقال دهنده های اختصاصی (از قبیل هموگلوبین در خون انسان )یا اندامهایکمک کننده در انتشار (از قبیل ششها یا آابشش ها) ندارند. گلوکز مولکول شروع کننده تنفس است. همچنین ذخایر دیگر مسیر های متفاوت یا حالت کمپلکس کربوهیدراتها را دنبال می کنند. قبل از تحمل اکسیداسیون تنفسی به گلوکز شکسته می شوند. تنفس می تواند به مراحل زیر تقسیم شود:
• گلیکولیز-یک مولکول گلوکز 6 کربنه به 2 مولکول پیروات 3 کربنه تفکیک می شود. این در سیتوپلاسم همه سلولهای زنده رخ می دهد.
• اگر اکسیژن باشد (تنفس هوازی )پیروات در واکنشهای به شرح ذیل استفاده می شود که در میتوکندری رخ می دهد:
o    چرخه کربس (چرخه اسید سیتریک)در ماتریکس رخ می دهد.
o    چرخه انتقال الکترون و فسفریل دار کردن اکسایشی که در میان کریستا رخ می دهد.
• اگر اکسیژن نباشد(تنفس بی هوازی) پیروات در تخمیر استفاده می شود:
o    تولید اسید لاکتیک که در حیوان ،باکتری، قارچ و سلولهای آغازی رخ می دهد.
o    تخمیر الکلی که در مخمر و سلولهای گیاهی رخ می دهد.
بازده ترمودینامیک- درصدی از انرژی پتانسیل مولکول گلوکز که با انجام کار در سلولها دریافت می کند- بین 38-22 درصد درتنفس هوازی تغییرمی کند وبطور قبل ملاحظه ای در تنفس غیرهوازی کمتر است.انرژی از دست رفته، گرما آزاد می کند که مقدار ی از آن بوسیله گیاهان در راههای جالبی استفاده می شود. اولین مرحله آزاد کردن انرژی (گلیکولیز) است که در همه ارگانیسم ها الگوی عمومی یکسانی را دنبال می کند.این الگو احتمالا در اوایل حیات در زمین با پروکاریوتهای تک سلولی آغاز شده است، قبل از اینکه اکسیژن مولکولی در اتمسفر فراوان شود و قبل از ظهور ارگانلهای سلولی. فقط بعد از فتوسنتز حجم گاز اتمسفر می تواند زنجیره ﺛانویه واکنشهای تنفسی ایجاد شده در اکسیژنی را که مورد استفاده یک پذیرنده الکترون است تغییر دهد.امروزه هنوز تعدادی از بی هوازی های اجباری و کوچک منحصرا با مسیر گلیکولیز تنفس می کنند، اما بیشتر ارگانیسم های بزرگتر به گلیکولیزفقط برای دوره های کوتاه زمانی که اکسیژن موقتا نیست (برای نمونه ریشه های گیاه در خاکهای سیل زده)یا وقتی اکسیژن نمی تواند به اندازه کافی بسرعت وارد سلولها شود (برای نمونه وقتی که عضلات انسان در طول تمرین سخت کار می کنند) متوسل می شوند.

تنفس بی هوازی
مراحل بیوشیمیایی که در موجودات زنده به موجب آن قندها و ترکیبات مشابه حاصل از تجزیه و هضم غذا شکسته می شوند تا در غیاب اکسیژن انرژی آزاد کنند. تنفس بی هوازی به معنای بدون اکسیژن نامیده می شود. بنابراین با فرایند پیوسته تنفس هوازی که نیاز به حضور اکسیژن دارد متفاوت است. مراحل زندگی مثل رویش و ترمیم بافت ها نیاز به انرژی دارد و این انرژی به وسیله شکستن پیوندهای مولکولهای آلی مثل قندها و کربوهیدراتها ، که در غذای هضم شده وجود دارد، به دست می آید. انرژی شیمیایی با این مراحل در سلولها آزاد می شود و به مولکول  ADP منتقل می شود که به ATP تغییر شکل می دهد و انرژی ذخیره برای سلول ها را مهیا می کند.

محصولات تنفس بی هوازی:
فرایند تنفس بی هوازی شامل سه مرحله ی اصلی شیمیایی است. ماده ی آغازگر یا سوخت مولکولی که معمولا یک قند 6 کربنی (گلوکز) است. مرحله شیمیایی که بوسیله آن این ترکیب شکسته می شود و گلیکولیز نامیده می شود. فراورده های حاصل از این مرحله معمولا ترکیباتی مثل لاکتیک اسید (لاکتات) و پیرویک اسید (پیروات) یا اتیل الکل (اتانول) هستند. واکنش می تواند با معادله ی زیر بیان شود:

C₆H₁₂O₆ → 2C₃H₄O₃ + 2H₂ + energy

قند و اکسیژن به همراه هم برای تشکیل دو ترکیب سه کربنی کوچکتر، هیدروژن و انرژی شیمیایی که آزاد می شود،  واکنش می کنند.
تنفس بی هوازی در سیتوپلاسم رخ می دهد و فقط نسبت کوچکی از کل انرژی مولکولهای سوخت (مثل گلوکز ) را آزاد کرده تولید 8 مولکول پر انرژی ATP می کند. اگر اکسیژن موجود باشد محصولات گلیکولیز می توانند در مراحل شکسته شدن که نیاز به اکسیژن دارد در چرخه کربس یا سیتریک اسید برای تولید 30 مولکول ATP پرانرژی مورد استفاده قرار گیرد.  به این طریق گلیکولیز اولین مرحله تنفس هوازی می باشد.

تنوع تنفس بی هوازی:
مخمرها می توانند در گلیکولیز پیرویک اسید را به اتیل الکل (اتانول) و کربن دی اکسید بشکنند به این فرایند تخمیر الکلی می گویند. تخمیر الکل در صنعت آبجوسازی و همچنین پخت نان - در جایی که گاز کربن دی اکسید  به وسیله تخمیر آزاد می شود و باعث پف کردن نان می شود- کاربرد دارد.
تنفس بی هوازی بسیار کم کاربرد تر از تنفس هوازی است اما بسیاری از موجودات می توانند آن را به هنگام ضرورت به کار گیرند مخصوصا در زمانی که کمبود اکسیژن است ، اینها بی هوازی اختیاری نامیده می شوند و شامل مخمرها و سایر کپک ها و قارچ ها،  باکتری ها، بخشی از زندگی گیاهان شامل دانه های در حال جوانه زدن و ریشه های غوطه ور در آب ، یک سری از کرم های خاص و جانوران که در آبهای راکد یا کف دریاها یافت می شوند و سلول های ماهیچه ای پستانداران می شود.
تعداد کمی از باکتری ها و میکروبهای نیز بی هوازی اجباری اند. آنها اصلا نمی توانند از اکسیژن استفاده کنند بلکه ممکن است اکسیژن به شدت برایشان سمی باشد . در سلول های ماهیچه ای حیوانات و انسان که به شدت در حال فعالیت هستند گردش خون نمی تواند اکسیژن کافی مورد نیاز را وارد آنها کند و تنفس هوازی نمی تواند رخ دهد. تنفس بی هوازی پیرویک اسید تولید می کند که آن به لاکتیک اسید تغییر شکل می دهد این شرایط oxygen debt  نامیده می شود و انباشتگی لاکتیک اسید ممکن است موجب گرفتگی عضلات شود . وقتی که فعالیت فیزیکی کاهش می یابد و میزان اکسیژن مجددا افزوده می شود، اکسیژن به شکل هوازی شروع به شکستن لاکتیک اسید می کند.