Gärung
Gärung bezeichnet die Fähigkeit von Pflanzen und Mikroorganismen, auch bei Sauerstoffmangel Energie aus Kohlenhydraten zu gewinnen.
Es gibt verschiedene Gärungen, die bekanntesten sind die Milchsäuregärung (beim Menschen bekannt als Ursache des Muskelkaters) und die alkoholische Gärung, welche bei den Pflanzen die wichtigste Rolle spielt.
Bei der alkoholischen Gärung wird vom aus der Glykolyse kommenden Pyruvat durch das Enzym Pyruvatdecarboxylase CO2 abgespalten. Es entsteht Acetaldehyd, ein für den Organismus sehr giftiger Stoff (beim Menschen ist er das Stoffwechselprodukt des abgebauten Ethanols und mit verantwortlich für den ’Kater’). Er wird durch die Alkoholdehydrogenase zu Ethanol umgewandelt. Dabei wird das oxidierte NAD aus der Glykolyse zu NADH regeneriert. Damit erfüllt sich die Hauptaufgabe der alkoholischen Gärung: Das Reduktionsäquivalent NAD für die Glykolyse wieder zur Verfügung zu stellen. Unter aeroben Bedingungen (also unter Anwesenheit von Sauerstoff) würde das NAD im Citratzyklus regeneriert werden.
Die Gesamtbilanz der alkoholischen Gärung lautet:
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi -> 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP
Zusammenfassend gewinnt die Pflanze bei der alkoholischen Gärung 2 ATP, nämlich die beiden aus der Glykolyse. Da dieser Stoffwechselweg nur eine geringe Energieausbeute bringt, wird er nur benutzt, wenn der Pflanze Sauerstoff fehlt. Dadurch wird ein Minimum an Energie bereitgestellt, das den Organismus aber auf Dauer nicht am Leben erhalten kann. Bei Pflanzen tritt alkoholische Gärung zum Beispiel auf, wenn die Wurzeln durch Staunässe an Sauerstoffmangel leiden.
Warum atmen Pflanzen?
Landläufig wird immer davon ausgegangen, dass Tiere atmen und Pflanzen Photosynthese betreiben. Das ist auch richtig, trotzdem atmen auch alle Pflanzen. Wie oben gezeigt, ist die Atmung der Weg, um aus Kohlenhydraten Energie zu gewinnen, die den Stoffwechsel am Laufen hält. Der Hauptunterschied zwischen Pflanzen und Tieren besteht darin, dass Tiere die Kohlenhydrate zu sich nehmen müssen und Pflanzen sie durch Photosynthese selbst bilden.
Daher kann man bei einer Pflanze, die im Dunklen steht und somit keine Photosynthese betreiben kann, die Atmung messen (sogenannte Dunkelatmung). Sobald Licht dazu kommt und die Photosynthese anläuft, wird die CO2-Abgabe der pflanzlichen Atmung durch die CO2-Fixierung der Photosynthese kompensiert. Der Punkt, an dem die Rate an fixiertem CO2 und die des durch Atmung freigesetzten CO2 gleich sind, nennt man CO2-Kompensationspunkt. Bei C4-Pflanzen ist die Dunkelatmung und damit auch der Kompensationspunkt deutlich geringer als bei C3-Pflanzen, weil freigesetztes CO2 in den Blättern durch die PEP-Carboxylase direkt wieder refixiert wird. Dementsprechend machen C4-Pflanzen auch viel eher einen Gewinn bei der Netto-Photosynthese (= Photosyntheserate abzüglich Atmungsrate).
Atmung findet bei Pflanzen in allen Zellen statt, in der Sprossachse, den Blättern, Blüten, Früchten und vor allem in der Wurzel, da hier viel Energie (z. B. zur Nährstoffaufnahme) gebraucht wird.