Aine- ja energiavahetus (0)

AINE – JA ENERGIAVAHETUS

Metabolism

Organismis toimuvad sünteesi ja lagunemisprotsessid , mis tagavad aine- ja energiavahetuse ümbritseva keskkonnaga.
Kõik organisid vajavad elutegevuseks energiat, mida saadakse orgaanilistest ainetest ( sahhariidid , lipiidid jt.).
Vastavalt energia saamise viisile jagatakse organismid autotroofideks ja heterotroofideks.

Autotroof

• sünteesivad ise elutegevusejs vajalikud orgaanilised ühendid väliskeskkonnast saadavatest anorgaanilistest ainetest
  
• valgusenergia fotosünteesiad (rohelised taimed)
  
• keemiline energia kemosünteesijad (väävlibakterid merepõhjas elavad sümbioosis ainuraksete loomadega )
  

Heterotroof

• saavad oma elutegevuseks vajaliku energia toidus sisalduva orgaanilise aine oksüdatsioonil .
  
• elutegevuseks vajalik energia
  
• sünteesimisprotsesside lähteaine saamine
  
• enamus loomi on heterotroofid
  
• samuti surnud orgaanisest ainest toituvad seened sprotroofid
  

Assimilatsioon

Organismis toimuvad sünteesiprotsessid.
Selle käigus saadakse:

• sahhariide
  
• lipiide
  
• valke
  
• nukleiinhappeid
  

• Vaja on lähteaineid, ensüümme, täiendavat energiat ( makroergilised (salvestavad energiat) ühendid)
  
• NÄITEKS: fotosüntees , DNA süntees
  

• Dissimilatsioon

• Organismis toimuvad lagundamisprotsessid.
  
• Toiduga saadavad või organismis sünteesitud orgaanilised ühendid lõhustatakse ensüümide abil lihtsama ehitusega molekulideks.
  
• Tavaliselt vabaneb energia, mis talletatakse makroenergilistesse ühenditesse.
  
• NÄITEKS: ATP (40%) ning eraldub soojusena (60%)
  
• NÄITEKS: Glükoosi lagundamine ehk raku hingamine ehk ...
  

• Orgaaniliste ainete dissimilatsioon

• Organismi esmaseks ja kõige kiiriemini kaustatavaks energiaallikaks sahhariidid.
  

• 1 g sahhariidide oksüdatsioonil vabaneb 17,6 kJ energiat
  

• Järgnevalt kasutab organism rasvu.
  

• 1g lipiidide osküdatsioonil vabaneb 38,9 kJ energiat
  

• Viimasena valke, kuna valkudel on väga palju teisi tähtsaid ülesandeid organismis.
  

• 1g valkude oksüdatsioonil vabaneb 17,6 kJ energiat
  

• ÜLESANNE
  
• Arvuta, kui palju energiat saaksid ühest 150 grammisest kohupiimakreemist, kui 100 g on:
  

• valke 4,7 g
  
• rasvu 1,8 g
  
• süsivesikuid 15,2 g
  

• Energia = (4,7x 17,6 + 1,8x38,9 + 15,2x17,6) x 1,5= 630 kJ
  

• ATP ehk adenosiintrifosfaat

• Universaalne energia talletaja ja ülekandja, mis o kõigi rakkude metabolismis.
  
• ATP molekuli ehitus:
  

• 3 fosfaatrühma
  
• lämmastiku adeniin
  
• riboos
  

• ATP moodustub glükolüüsi, käärimise ja hingamise käigus:
  
• ADP + P -> ATP +30 kJ/mol energiat
  

• Teised makroenergilised ühendid

• Erinevad lämmastikualused:
  

• GTP
  
• CTP
  
• TTP
  
• UTP
  

• Kasutatakse organismis DNA-, RNA- ja valusünteesil.
  

• FOTOSÜNTEES

• Taime roheliste osade rakkudes on rohelise värvusega aine – KLOROFÜLL, mis paikneb taimeraku KLOROPLASTIDES.
  
• Klorofüll võimaldab valgusenergiat kasutades sünteesida CO₂-st ja H₂O-st orgaanilisi üheneid (glükoosi jt.)
  
• 6CO₂+12H₂O->6 O₂↑+C₆H₁₂O₆+6H₂O
  
• ESIMENE
  

VALGUSTAADIUM

Veest eraldub hapnik (valgustaadium) FOTOSÜSTEEM II

FOTOSÜSTEEM I

• TEINE
  

PIMEDUSSTAADIUM

• Fotosüntees toimub nähtava valguse vahemikus 380-750 nm
  
• Fotosünteesi protsess on kasimaalse efetiivusega spektri punases või violetses osas
  

• Fotosünteesi valgustaadium

• Reaktsoonid kulgevad kloroplastide sisemembraanides ainult valgusenergia mõjul.
  
• Klorofülli molekulid moodustavad koos teiste pigmentidega FOTOSÜSTEEME.
  
• FOTOSÜSTEEM II pigmenid teostavad vee fotooksüdatsiooni (fotolüüsi) ja ATP sünteesi
  

• Eraldivad vesinikioonid ja elektronid
  
• Eraldunud hapnik difundeerub läbi õhulõhede atmosfääri
  

• FOTOSÜSTEEM I pigmendid osalevad NADPH₂ moodustumisel (NAD – vesinikukandja) (seostud süsihappe gaasiga ) vajalik pimedustaadiumi täitmiseks.
  

• Fotosünteesi pimedusstaadium ehk Calvini tsükkel:

• Pimedusstaadiomi reaktsioonid toimuvad kloroplastide stroomas .
  

• Süsinikuallikaks on õhulõhede kaudu taime sesenenud CO₂
  
• Vesinikuallikas NADPH₂
  
• Energiallikaks on vaja 18 ATP molekuli
  

• 6CO₂ + 12NADPH₂ -> C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 12NADP
  
• 18 ATP -> 18 ADP + 18 P (ENERGIA VABANEB KA)
  
• NADP-d ja ADP-d kasutatakse uuesti valgustaadiumi reaktsioonides.
  

• Fotosünteesi tähtsus

• Anorgaanilisetest ainetest esmase orgaanilise aine loomine
  
• Glüksoos on põhiline energiaallikas enamikus organismides
  
• Toiduahela esimeseks lüliks
  
• Toiduks heterotroofidele
  
• Hapnik osaleb hingamisel, oskooni tekkel, põlemisel
  
• Süsiniku- ja hapnikuringes tähtsal kohal
  
• Fossilsete kütuste teke ( nafta , kivisüsi , maagaas)
  

• RAKUHINGAMINE EHK GLÜKOOSI LAGUNDAMINE

• O₂ + C₆H₁₂O₆ -> CO₂ + H₂O ( FOTOSÜNTEESIGA RISTI VASTUPIDI)
  

• Rakuhingamine jagatakse 3 etappi:

Glükolüüs

Toimub tsütoplasmavõrgustikul

Glükoos lõhustatakse, tekib 2 püroviinamajahape molekuli ning 4 vesiniku aatomit:

Eraldunud vesiniku

• C₆H₁₂O₆ -> 2C₃H₄O₃ + 4H
  
• 2ADP + P -> 2ATP
  
• ESIMENE ETAPP
  
• Aeroobne (+o₂) – püroviinamarjahape
  
• Anaeroobne( -O₂) - tekib piimhape või etanool
  
• TEINE ETAPP
  
• Ainult, kui on aeroobne Tsitraaditsükkel (mitokondri sisemuses)
  
• TEKIB 10 NH₂
  
• 
  

Tsitraaditsükkel

Tekib süsihappegaas

Püroviinamarjahappest eraldub süsihappegaas

10 NADH₂

• 
  

Hingamisahela reaktsioonid (Toimub mitokondri harjakestes)

10 NADH₂ ja 2 NADH₂ seob O₂ ja tekib vesi

12 NADH₂ + 6 O₂ -> 12 NAD + 12 H₂O

• 
  
• 
  
• 
  
• Kordamisküsimused.
  

Organismi aine- ja energiavahetus koosneb assimilatssioonist ja dissimilatsioonist.

Disimilatsiooiprotsesside üheks põhieesmärgiks on ATP moodustamine.’

• Asiimilatsiooniprotsesside üheks põhieesmärgiks on fotosüntees ja DNA süntees.
  

Organismi kõik sünteesiprotsessid moodustavad aissimilatsiooni.

• Organismi kõik lagundamisprotsessid moodustavad dissimilatsiooni .
  

Käärimise lõpp- produkt on etanool või piimhape.

Tsitraaditsükli reaktsioonide käigus eraldub CO₂ (ja H aatomid ).

Hingamisahela reaktsioonide lõpp-produkt on CO₂+H₂O.

Molekulaarne hapnik eraldub fotosünteesi valgusstaadiumi reaktsioonides.

Fotosünteesi pimedusstaadiumi reaktsioonid moodustavad Calvini tsükli.

• 
  

Kõige enam ATP molekule saab sünteesida 1g c) lipiidide oksüdatsioonil.

Aeroobse glükoosi toimumiseks peab rakus piisavalt olema a)hapniku.

Tsitraaditsükli reaktsioonid toimuvad d)mitokondrites.

Anaeroobsel glükoosil moodustub c)piimhape.

Ühe glükoosimolekuli lagundamisel süsihappegaasiks ja veeks saadakse ATP molekule maksimaalselt d)38.

Süsihappegaasi seotakse d) Calvini tsükli reaktsioonides.

Glükoosi lagundamise põhieesmärgiks on b) ATP süntees.

Molekulaarset hapnikku on vaja a) hingamisahela reaktsioonides.

• 
  

ATP molekuli ehitusse kuulub 3 fosfaatrühma.

Glükoosi lagundamisel võime eristada glükolüüsi, tsetraadistükli ja hingamisahela reaktsiooni.

Püroviinamarihape moodustub aeroobse glükolüüsi tulemusena.

Anaeroobse glükoosi produktideks võivad olla etanool ja piimhape.

Kloroplastides sisalduvate klorofülli molekulide elektronid ergastuvad valgusenergia toimel.

Hingamisahela reaktsioonide tulemusena eralduvad H₂O ja ATP molekulid.

Calvini tsükli reaktsioonides vajatakse fotosünteesi valgusstaadiumis sünteesitud NADPH₂ ja ATP molekule.

Kui rakkudes ei ole piisavalt O₂, siis moodustub glükoosi lagundamisel piimhape.

• 
  

Kuidas on organismid oma aine- ja energivaheetuse kaudu seotud väliskeskkonnaga ?

Milline on ATP osa assimilatsiooni - ja dissimilatsiooniprotsessides?

Miks ei saa hapnikupuudusel toimuda aeroobne glükolüüs?

Kuidas on tsitraaditsükli reaktsioonid seotud erinevate ainevahetuslike protsessidega? (vt. joon 4.14.)

Millistes rakkudes ei saa toimuda hingamisahela reaktsioone? Tooge näiteid.

Võrrelge aeroobset ja anaaeroobset glükolüüsi

Kuidas on omavahel seotud fotosünteesi valgus- ja pimedusstaadium?

Mis tähtsus on fotosünteesil biosfääri seisukohalt?

• 
  
• 
  

•