All'interno dei cicli di vita dei semi delle piante, i semi risiedono in uno stato di dormienza prima delle fasi di germinazione. Durante i periodi di dormienza si verificano poche attività mentre i semi attendono che le condizioni ambientali giuste inizino la crescita. Una volta iniziata la germinazione, i tassi di respirazione cellulare aumentano notevolmente al fine di fornire i materiali necessari per le fasi iniziali di crescita delle piante.
Funzioni di respirazione cellulare
I processi di respirazione cellulare forniscono alle cellule un mezzo per convertire i materiali nutritivi esistenti in energia. Durante i periodi di dormienza, i semi delle piante rispondono quanto basta per mantenere il cibo o le scorte di nutrienti all'interno di uno strato di semi specializzato noto come endosperma. All'interno delle piante da fiore, le strutture dell'endosperma sono il prodotto di un doppio processo di fecondazione che si verifica quando un ovulo di pianta, o ovaia, viene prima fecondato. In effetti, l'endosperma provvede alle esigenze nutritive del seme e svolge le necessarie funzioni di respirazione cellulare durante il periodo di dormienza. L'inizio della germinazione pone notevoli richieste energetiche al seme man mano che i processi di crescita delle piante prendono forma. Di conseguenza, i tassi di respirazione cellulare aumentano per adattarsi alle attività di costruzione delle cellule necessarie per rompere il seme e produrre le strutture iniziali di radice e stelo.
Trigger per la respirazione cellulare
I semi di piante provengono da fiori, frutti, piante verdi e alberi che crescono in una miriade di condizioni ambientali. Non sorprende che ogni tipo di seme cerchi determinati fattori scatenanti ambientali che spingono l'avvio dei processi di germinazione. Secondo la Cornell University, i fattori scatenanti ambientali possono apparire come livelli aumentati di nutrienti nel suolo, variazioni della temperatura del suolo, aumento delle precipitazioni o aumento della quantità e della qualità della luce. Una volta soddisfatte le condizioni necessarie, i semi iniziano ad aumentare i loro tassi di assorbimento d'acqua, il che segna l'inizio della germinazione. L'aumento dell'assorbimento d'acqua consente ai semi di mobilitare le riserve di cibo immagazzinate negli strati di endosperma. Questi processi attivano determinati enzimi che innescano aumenti della frequenza respiratoria cellulare di un seme.
Processo di respirazione cellulare
I semi germinanti eseguono i processi di respirazione cellulare allo stesso modo delle cellule vegetali e animali. La respirazione cellulare avviene in tre fasi a partire dalla glicolisi. Lo stadio di glicolisi utilizza molecole di glucosio per produrre due unità di energia o molecole di ATP (adenosina trifosfato) insieme ad altri materiali chimici. Il ciclo di Krebs costituisce il secondo stadio della respirazione cellulare. Questa fase utilizza i prodotti della glicolisi per produrre altre due unità energetiche e trasforma le sostanze chimiche rimaste dalla glicolisi in molecole che trasportano idrogeno. La catena di trasporto degli elettroni è il terzo stadio del processo di respirazione ed è alimentata dalle due molecole di ATP prodotte nel ciclo di Krebs. Questa fase combina l'energia contenuta all'interno delle molecole di idrogeno dal ciclo di Krebs con l'ossigeno per creare 38 molecole di ATP. Questo processo in tre fasi si ripete più volte all'interno di ogni singola cellula vegetale. Le molecole di ATP prodotte dalla respirazione cellulare forniscono l'energia per iniziare la germinazione dei semi e alimentano le attività di costruzione cellulare che alla fine formano il corpo vegetale.