Aine- ja energiavahetuse mõisted (4)

Aine- ja energiavahetus
Autotroof - organism, kes sünteesib elutegevuseks vajalikud orgaanilised ühendid väliskeskkonnast saadavatest anorgaanilistest ainetest. (nulg, rukkilill )
Heterotroof – organism, kes saab oma elutegevuseks vajaliku energia toidus sisalduva orgaanilise aine oksüdatsiooniks (jõekäsn, vihmauss).
Metabolism – organismi kõik biokeemilised protsessid, mis tagavad aine- ja energiavahetuse ümbritseva keskkonnaga. Jaotatakse assimilatsiooniks ja dissimilatsiooniks.
Assimilatsioon – organismis toimuvate sünteesiprotsesside kogum.
Dissimilatsioon – organismis toimuvate lagundamisprotsesside kogum.
Makroergiline ühend – madalmolekulaarne orgaaniline ühend, mis osaleb keemilise energia salvestaja ja ülekandjana biokeemilistes reaktsioonides. Nt. ATP, GTP.
Organism saab energiat – valgusenergiast, glükoosi lagundamisel, toitainete lagundamisel.
Organismi varustamine energiaga:
Iga organism vajab oma elutegevuseks energiat. Seda kasutatakse biosünteesireaktsioonides, ainete rakusisesel ja rakkudevahelisel transpordil ning mitmesugustes liikumisprotsessides. Vahetult kasutatav energia saadakse makroenergilistest ühenditest. Nende süntees kaasneb dissimilatsioonireaktsioonidega.
Toitainete kasutamise järjekord:
1. Sahhariidid (glükoos)
1g = 17,5 kJ ( 4 kcal )
2.Lipiidid (neutraalrasvad)
1g = 38,9 kJ (9 kcal)
3. Valgud (kaseiin)
1g = 17,6 kJ (4 kcal)
ATP on universaalne energia talletaja ja ülekandja, mis osaleb kõigi rakkuda metabolismis.
Kui molekuli koostisesse kuulub kaks fosfaatrühma, siis nimetatakse ühendit adeniinfosfaadiks (ADP), kolmanda fosfaatrühma liitmisel ADP molekuliga tekib ATP. Selle protsessiga salvestub ATP-sse ligikaudu 30kJ energiat ühe molekuli kohta.
Glükoosi lagundamise üldvalem:
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2↑+ 6H2O↑ + 38ATP
GLÜKOOS ENERGIA
Glükoosi algne lagundamine ehk glükolüüs toimub päristuumsete rakkude tsütoplasmavõrgustikus. Lähteaineks on C6H12O6. Glükolüüsil toimub glükoosi järkjärguline muutumine ensüümreaktsioonide käigus. Tekivad 2 püroviinamarihappe molekuli (2 PVA). H jääb üle (NADH2 )
Tsitraaditsükkel toimub mitokondri sisemuses, lähteaineks on PVA, toimuvad tsüklilised ensüümreaktsioonid. Tekib CO2 ja NADH2.
Hingamisahel toimub mitokondri membraanides. Energia saadakse vesiniku lõhustamisel, sealjuures seotakse hapnik vesiniku molekuliga, mille tulemusena saadakse vesi, saaduseks on ka 36 ATP-d.
Anaeroobne glükolüüs (käärimine) – hapniku puudusel rakkude tsütoplasmas toimuv glükoosi lagundamine, mille üheks lõpp-produktiks on kas piimhape või etanool .
Piimhapekäärimine toimub hapniku puudusel lihaskoe rakkudes, aga ka piimhappebakterite elutegevuse käigus. Sel juhul saadakse ühest glükoosi molekulist 2 piimhappe molekuli, kuid H aatomeid ei eraldu ning kogu protsess piirdub 2 ATP molekuli sünteesiga.
Etanoolkäärimist põhjustavad pärmseened või bakterid . Käärimisel ei eraldu H aatomeid ja moodustub vaid 2 etanooli ja 2 ATP molekuli.
Fotosüntees – klorofülli sisaldavates taimerakkudes (mõnedes bakterites, protistides) toimuv assimilatsiooniprotsess, mille käigus salvestatakse valgusenergia orgaaniliste ühendite keemiliste sidemete energiaks. Peamisteks lähteaineteks on CO2 ja H2O.
Fotosünteesiks läheb vaja vett ja süsihappegaasi. Mida rohkem CO2 , seda kiirem fotosüntees.
Optimaalne fotosünteesiks 0,1 – 0,4 % (CO2 ), fotosünteesi takistab kui on 1 %.
Tinglikult võib fotosünteesi jagada kaheks:

Valgusstaadium
Vesinik ja ATP-molekulid lähevad kasutusse pimedusstaadiumis. Paralleelselt toimub valgusstaadium kahe fotosüsteemina:
2. fotosüsteem – lagundatakse vee molekule ja saadakse ATP-molekule. Moodustub molekulaarne hapnik, eralduvad elektronid ja vesinikuioonid. Hapnik väljub õhulõhede kaudu ümbritsevasse keskkonda.
1. fotosüsteem – seotakse vee lagundamisel tekkinud vesiniku aatomeid vaheühenditega. Elektronid liiguvad NADP molekuli, mis seovad H –ioone.

Pimedusstaadium
Toimub kloroplastide membraanide vahelises alas ehk stroomas . Erinevalt valgusstaadiumist toimub pimedusstaadium ööpäevaringselt. Ta koosneb 10-st biokeemilisest reaktsioonist, mida viivad läbi ensüümid. Seda tsüklit nimetatakse Calvini tsükli reaktsiooniks.
Calvini tsükli reaktsioonides osalevad:

• 6CO2 (keskkonnast)
  
• 12NADPH2 (valgusstaadiumist)
  
• 18ATP (valgusstaadiumist)
  

Reaktsioonide tulemuseks on C6H12O6 +6 H2O↑ + 18ADP .
Vesiniku ja süsihappegaasi molekulide liitumisel talletatakse energia keemilistesse sidemetesse.
Fotosünteesi üldvõrrand 6CO2 +12NADPH2 = C6H12O6 +6 H2O↑ + 18NADP
Fotosünteesi tähtsus:

• Sünteesitud glükoos on kõikide teiste orgaaniliste ainete lähtekomponent. Fotosünteesi käigus seotakse keskkonnast anorgaanilisi aineid, sest aineringe maal on suletud.
  
• Fotosüntees tagab süsinikuringe
  
• Atmosfääris esinev hapnik on Maad ümbritseva osoonikihi püsimise aluseks.
  
• Biosfääri eksisteerimine on mõeldamatu fotosünteesiprotsessideta.
  
• Organismi aine- ja energiavahetus koosneb assimilatsioonist ja dissimilatsioonist.’
  
• Assimilatsiooniprotsesside dissimilatsiooniprotsesside üheks põhieesmärgiks on ATP moodustamine.
  
• Organismi kõik sünteesiprotsessid moodustavad dissimilatsiooni assimilatsiooni.
  
• Käärimise lõpp- produkt on etanool.
  
• Tsitraaditsükli reaktsioonide käigus eraldub CO2.
  
• Hingamisahela lõpp-produkt alg-produkt on O2.
  
• Molekulaarne hapnik eraldub fotosünteesi pimedusstaadiumi valgusstaadiumi reaktsioonides.
  
• Fotosünteesi pimedusstaadiumi reaktsioonid moodustavad Calvini tsükli.
  

• Kõige enam ATP molekule saab sünteesida 1g:
  

a) glükoosi, b) tärklise c) lipiidide, d) valkude oksüdatsioonil.

• Aeroobse glükolüüsi toimumiseks peab rakus olema piisavalt:
  

a) hapniku, b) süsihappegaas, c) püroviinamarjahapet, d) piimhapet

• Tsitraaditsükli reaktsioonid toimuvad:
  

a) rakutuumas , b) Golgi kompleksis, c) karedapinnalisel tsütoplasmavõrgustikul, d) mitokondrites.

• Anaeroobsel glükolüüsil moodustub:
  

a) püroviinamarjahape, b) äädikhape, c) piimhape, d) hapnik.

• Ühe glükoosimolekuli lagundamisel CO2-ks ja H2O-ks saadakse ATP molekule maksimaalselt:
  

a) 32, b) 34, c) 36, d) 38.

• Süsihappegaas seotakse:
  a) anaeroobsel glükolüüsil, b) tsitraaditsükli reaktsioonides, c) vee fotooksüdatsioonil, d) Calvini tsükli reaktsioonides.
  
• Glükoosi lagundamise põhieesmärgiks on:
  a) CO2 saamine, b) ATP süntees, c) O2 moodustamine, d) etanooli tootmine.
  
• Molekulaarset hapniku on vaja:
  a) hingamisahela reaktsioonides, b) vee fotooksüdatsioonil, c) tsitraaditsükli reaktsioonides, d) käärimisprotsessis.
  

• ATP molekuli ehitusse kuulub 3 fosfaatrühma.
  
• Glükoosi lagundamisel võime eristada glükolüüsi, hingamisahela reaktsioone ja tsiraaditsükli reaktsioone.
  
• Püroviinamarjahape moodustub aeroobse glükolüüsi tulemusena.
  
• Anaeroobse glükolüüsi produktideks võivad olla etanool ja piimhape.
  
• Kloroplastides sisalduvate klorofüllide molekulide elektronid ergastuvad valgusenergia toimel.
  
• Hingamisahela reaktsioonide tulemusena eralduvad vee ja ATP molekulid.
  
• Calvini tsükli reaktsioonides vajatakse fotosünteesi valgusstaadiumis sünteesitud vesiniku ja ATP molekule.
  
• Kui rakkudes ei ole piisavalt hapniku, siis moodustub glükoosi lagundamisel piimhape.