Aine-ja energiavahetus (2)

Aine-ja energiavahetus
Organismid jaotatakse elutegevusliku tüübi järgi auto-ja heterotroofid .
Autotroofid : sünteesivad ise elutegevuseks vajalikud orgaanilised ühendid väliskeskkonnast saadavatest anorgaanilistest ainetest. Sisaldavad klorofülli.
* valgusenergia fotosünteesijad (rohelised taimed)
*keemiline energia kemosünteesijad (väävlibakterid merepõhjas elavad sümbioosis ainuraksete loomadega )
Heterotroofid: kasutavad toidust sisalduvate orgaaniliste ainete lagundamisel saadud energiat. Sünteesivad vajalikud orgaanilised ained toidus sisalduvate ühendite lõhustumissaadustest.
*elutegevuseks vajalik energia
*sünteesiprotsesside lähteaine saamine
Enamus loomi on heterotroofid.Samuti surnud orgaanilisest ainest toituvad seened saprotroofid .
Metabolism (aine-ja energiavahetus)
Kõik organismid vajavad elutegevuseks energiat, mida saadakse orgaanilistest ainetest ( sahhariidid , lipiidid jt.).
Vastavalt energia saamise viisile jagatakse organismid autotroofideks ja heterotroofideks.
Assimilatsioon
Organismis toimuvad sünteesiprotsessid. Selle käigus saadakse: sahhariide , lipiide , valke, nukleiinhappeid jne.
Vaja on lähteaineid, ensüüme, täiendavat energiat (makroergilisi ühendeid). Näiteks: fotosüntees, DNA süntees.
Dissimilatsioon
Organismis toimuvad lagundamisprotsessid . Toiduga saadavad või organismis sünteesitud orgaanilised ühendid lõhustatakse ensüümide abil lihtsama ehitusega molekulideks. Tavaliselt vabaneb enegria, mis talletatakse makroerilistesse ühenditesse nt.ATP (40%) ning erladub soojusena (60%). Näiteks: glükoosi lagundamisel vabaneb 38 ATP molekuli.
Orgaaniliste ainete dissimilatsioon
Organismi esmaseks ja kõige kiiremini kasutatavaks energiaallikaks on sahhariidid.

• 1 g sahhariidide oksüdatsioonile vanabe 17,6 kJ energiat. Järgnevalt kasutab organism rasvu
  
• 1 g lipiidide oksüdatsioonile vabaneb 38,9 kJ energiat. Viimasena valke, kuna valkudel on väga palju teisi tähtsaid ülesandeid organismis.
  
• 1 g valkude oksüdatsioonile vabaneb 17,6 kJ energiat.
  

ATP ehk adenosiintrifosfaat
Universaalne enegia talletaja ja ülekandja, mis osaleb kõigi rakkude metabolismis. ATP moodustub glükolüüsi, käärimise ja hingamise käigus. ADP + P--> ATP + 30 kJ/mol energiat.
Jaguneb: Dissimilatsioon- lagundamisprotsess, kaasneb energia vabanemine . Assimilatsioon- sünteesiprotsess, vajalik täiendav energia.
Põhiline energiakandja ATP. Ehituselt nukleotiid .
ATP->ADP->AMP energiarikkad sidemed.
Ühe sideme moodustamiseks seotakse 30kJ energiat molekuli kohta.
Organismides toimuvad sünteesi ja lagundamisprotsessid, mis tagavad aine- ja energiavahetuse ümbritseva keskkonnaga.
Universaalne energiarikas makroergiline ühend. ATP moodustub põhiliselt glükolüüsi käärimise, hingamise ja fotosünteesikäigus. Glükoosi lagundamine mitkondrites. Kõige esmane kasutatav energia allikas glükoos.
Dissimilatsioon- vabaneb energia
4.3 Glükoosi lagundamine organismis
Glükoosi lagundamine on dissimaltsiooniprotsess, mis on universaalne.C6H12O6 -> 6CO2  + 6H2O + energia
1) Glükolüüs- glükolüüsi algne lagundamine.

• Toimub tsütoplasmavõrgustikus
  
• Üksteisele järgnevate ensümaatiliste lagundamisereaktsioonide tulemusena moodustub glükoosimolekulist püroviinamarihappe molekule.
  
• Eraldub 4 vesinikuaatomit ja saadakse 2 ATP molekuli.
  
• Kasuteguriks 2 ATP molekuli
  

Eraldunud vesinikuaatomid seotakse NAD-ga (vesinikukandja) ning kantakse edasi hingemisahelasse.
2) Tsitraaditsükkel

• Toimub mitokondris
  
• Püroviinamarihappe edasine lagundamine toimub mitokondri sisemuses maatriksis.
  
• Lagundamisreaktsioonid moodustuvad tsükli.
  
• Eraldub 20 H aatomit, mis pärinevad vaheetapist, tsitraaditsüklist ja vee molekulidest.
  
• Järk-järgult eralduvad CO2 molekulid ja H aatomid
  
• CO2 eemaldatakse org-st. H aatomid seotakse NADi poolt -> 10 NADH ja kantakse hingamisahelasse.
  

3) Hingamisahela reaktsioonid

• Toimuvad mitokondri harjadel ja vajalik hapnik
  
• Glükolüüsi ja tsitraaditsükli tekkinud NADH2 molekulide arvel sünteesitakse 36 ATP molekuli.
  
• Vabanev vesinik seotakse hapnikuga, moodustub vesi
  
• Veest osa eemaldatakse ja osa läheb uuesti käiku. NADi kasutatakse uuesti glükolüüsis ja nitraaditsüklis. Selle arvel sünteesitakse 36 ATP molekuli.
  

Glükolüüsi lõplikul lagundamisel moodustub 38 ATP molekuli
Glükoosi anaeroobne lagundamine
Hapniku puudumisel tekib püroviinamarihappest, kas piimhape (lihaskoe rakkudes või piimhappebakterite elutegevuse tulemusena) või etanool (pärmseente ja mõningate bakterite elutegevuse käigus)
Piimhappekäärimine
Toimub lihaskoe rakkudes piimhappebakterite elutegevuse käigus. Vesinik ei eraldu. Glükoos-> 2 piimhape
Etanoolkäärimine
Suhkru lagudamine pärmiseente toimel. Protsess kestab seni kuni jätkub glükoosi, või tekkiv etanool pärsib pärmiseente elutegevuse. Eraldun süsihappegaas.
Kasutegus: 2 ATP eraldumine.
Lõppprodukitd erinevad. Etappe vähem ( alkohol , piimhape). Lähteained samad.
4.4 Fotosüntees
Taime roheliste osade rakkudes on rohelise värvusega aine – klorofüll, mis paikneb taimeraku kloroplastides.
Fotosünteesi kasutegur ja kiirus sõltuvad:

• valguse tugevusest
  
• süsihappegaasi konsentratsioonist õhus
  
• taimede varustatusest vee ja mineraalainetega
  
• taime füsioloogilisest seisundist
  
• temperatuurist
  
• lehe vanusest
  
• taimeliigist
  

Assimilatsioon.
6H2O + 6CO2 ----------> C6H12O6+ 6O2
Valgusenergia abil süsihappegaasi ja vee molekulid ühinevad ning tekib orgaaniline molekul – glükoos.
Glükoosi molekuli talletub päikese energia. Eraldub ka hapnik.
Tingimused: valgus, klorofüll
Lähteained: H2O, CO2
Lõpp- produkt : glükoos, hapnik
Pimedus-ja valgustaadium
Valgusstaadium
Reaktsioonid kulgevad kloroplastide sisemembraanides ainult valgusenergia mõjul. Klorofülli molekulid moodustavad koos teiste pigmentidega fotosüsteeme.
Fotosüsteem II pigmendid teostavad vee fotooksüdatsiooni (fotolüüsi) ja ATP sünteesi.

• Eralduvad vesinikioonid ja elektronid.
  
• Eraldunud hapnik difundeerub läbi õhulõhede atmosfääri.
  
• Valgusstaadiumis on valgusenergia muundatud keemiliseks energiaks ja hapnik vabaneb atmosfääri.
  
• Reaktsioonide tulemusena saadakse ATP ja NADPH2 molekulid, mis on vajalikud fotosünteesi pimedusstaadiumi reaktsioonideks.
  

Pimedusstaadium
reaktsioonide toimumiseks pole vaja valgust. Reaktsioonid moodustuvad tsüklilise protsessi (Calvini tsükkel), toimuvad kloroplasti vaheaines e. stroomas . Nende käigus sünteesitakse glükoos ja selleks kasutatakse atmosföörist neeldunud süsihappegaasi ja valgusstaadiumist ülekantud vesinikku. Energia saadakse valgusstaadiumist sünteesitud ATP-lt. Vabanenud NADP ja ADP kasutatakse uuesti valgusstraadiumis. Glükoos jääb toime ja on teiste keerukamate ühendite lähteaineks. Pimedusstaadiumi ei saa valgusstaadiumita toimuda.
Fotosünteesi tähtsus:

orgaanilise aine glükoosi süntees

põhiline energiaallikas

toiduahela esimene lüli

toiduks heterotroofidele

toodetakse hapnikku, mis osaleb hingamisel, osooni tekkel, põlemisel
Fotosünteesi ja hingamise võrdlus
Fotosüntees
Hingamine
* vaja valgust
* moodustub orgaaniline aine
* eraldub hapnik
* neeldub CO2
* assimilatsiooni reaktsioon
* energia seotakse orgaanilisse ainesse
* toimub klorofülli sisaldavates rakkudes
* ei vaja valgust
* orgaaniline aine laguneb
* hapnik neeldub
* CO2 eraldub
* dissimilatsioon
* energiat vabaneb orgaanilisest ainest
* toimub mitokondreid sisaldavates rakkudes

Aeroobne glükolüüs- kõigi rakkude tsütoplasmas toimuv glükoosi esmane lagundamine hapnikurikkas keskkonnas.

Aine -ja energiavahetus- sünteesi-ja lagundamisprotsess, mille kaudu organism on seotud ümbritseva keskkonnaga.

Anaeroobne glükoos- (käärimine)hapniku puudusel rakkude tsütoplasmas toimuv glükoosi lagundamine, mille üheks lõpp-produktiks on kas piimhape või etanool.

Assimilatsioon- organismis toimuvate sünteesiprotsesside kogum

ATP-kõigis rakkudes esinev makroergiline ühend

autotroof- organism, kes sünteesib elutegevuseks vajalikud orgaanilised ühendid väliskk-st saadavatest anorgaanilistest ainetest.

Calvini tsükkel- fotosünteesi pimedusstaadiumi tsükliline reaktsioonide jada, mille käigus seotakse CO2.

Dissimilatsioon- organismis toimuvate lagundamisprotsesside kogum.

Etanoolkäärimine- pärmseentes ja mõnedes bakterites hapniku puudusel toimuv glükoosi lagundamine, lõpp-produkt etanool.

Glükolüüs- kõigis rakkudes toimuv glükoloosi esmane lagundamine

heterotroof - organism, kes saab oma elutegevuseks vajaliku energia toidus sisalduva orgaanilise aine oksüdatsioonil.

Hingamisahel- mitokondri sisemembraanide harjakestes toimuv reaktsioonide jada, millega kaasneb ATP süntees.

makroergiline ühend- madalmolekulaarne orgaaniline ühend, mis osaleb keemilise energia salvestaja ja ülekandjana biokeemilistes reaktsioonides.

Metabolism- organismi kõik biokeemilised protsessid, mis tagavad aine-ja energiavahetuse ümrbritseva keskkonnaga.

Piimhape- piimhappekäärimise lõpp-produkt

pimedusstaadium- fotosünteesi teine etapp, mille tulemusena moodustub glükoos. Seotakse CO2.

Püroviinamarihape- glükolüüsi tulemusena moodustub 3-süsinikuline karboksüülhape.

Tsitraaditsükkel- mitokondri sisemuses toimuv tsükiline reaktsioonideahel, mille käigus viiakse lõpule glükoosi lagundamine.

Valgusstaadium- fotosünteesi esimene etapp, mille käigus ergastunud klorofülli energia arvel toimub ATP süntees.

vee fotooksüdatsioon- vee molekulide lagundamisreaktsioonide jada fotosünteesi valgusstaadiumis, mille käigus klorofülli molekulide ergastatud elektronide energia arvelt toimub ATP süntees, NADPH2 moodustumine ja eraldub O2. Protsess toimub nähtava valguse olemasolul .