Bioenergeetika eksam (0)

Bioenergeetika

Energia on keha võime teha tööd. (vaja vähemalt teist keha, mille suhtes tööd tehakse)
Töö on füüsikaline suurus, mida möödetaks jõu ja jõu suunas läbitud teepikkuse korrutisega
(A=fs cosα) f on jõud, s on teepikkus ja α jõu ja liikumissuuna vaheline nurk. Töö ühik on džaul (J)
Džaul (J) on töö, mida teeb jõud üks Njuuton (N) ühe meetri pikkusel teel.
Võimsus on füüsikaline suurus, mida mõõdetakse ajaühikus tehtud töö hulgaga . N=∆A/∆t
Energia on keha võime teha tööd, kuid millegipärast ta seda veel ei tee. Tööd ei tehta veel, sest puudub üks kahest vajalikust komponendist , kas jõud või teepikkus, kuigi teine kahest on olemas. Nt kui keha asetseb gravitatsiooniväljas, kuid veel ei liigu, siis jõud mõjub, kuid läbitud teepikkus puudub. Niisugusel kehal on potentsiaalne energia, nagu nt seda on kõrgele tammi taha paisutatud veel, mis veel alla ei lange.
Kineetilise energia puhul on liikumine olemas, kuid jõudu vee mitte. Keha liigub ühtlaselt ja sirgjooneliselt kui temale ei mõju jõud. Ehk keha liigub inertsiaalselt, kuid ei kohta mingit teist keha. Niisugusel kehal on kineetiline energia.
Energia ei teki ega kao, vaid muundub ühest liigist teise. Ehk looduses toimub kineetilise energia muundumine potentsiaalseks ja potentsiaalse energia muundumine kineetiliseks. Nt kui auto sõidab vastu puud, siis kineetiline energia liigutab plekke paigast ja murrab luid. Kineetiline energia muutub potentsiaalseks, kui liikuvat keha peatab jõuväli.
Kulon (C) on laeng mis tõmbab teist samasuurt vastasmärgilist laengut 1 m kauguselt jõuga 1N.
Plancki konstant seob minimaalse võimaliku energia ja võnkesageduse. h=6,626*10-34Js.
Potentsiaalide vahe mõõtühikuks on volt (V). Elektriväljas kahe punkti potentsiaalide vahe on 1 Volt kui laengu 1 Kulon üleviimisel ühest punktist teise tehakse tööd 1 Džaul. Max potentsiaalide vahe mis saab keemiliselt olla on 13V.
Elektronvolt on töö, mida tuleb teha, et üks elektron viia ühe voldi võrra negatiivsemale potentsiaaline.
Mis on faraday arv? F=96500. Ühe mooli elektronide liikumisel läbi potentsiaalide vahe 1 V tehakse tööd 96500 J. Faraday arv tähistab tööd, mida tuleb teha, et üks mool elektrone viia läbi potentsiaalide vahe 1V.
Kvandi energia E=hv. Kus v=c/λ. Ehk E=hc/λ.
Nähtava valguse lainepikkus on vahemikus u 400-700 nm
Punase valguse lainepikkus 625-740 (680) nm
Sinise valguse lainepikkus 440-486 nm
Lainepikkus antud, arvuta footoni sagedus v = c/λ. Nt λ=680nm(tee m- deks ). c=3*108m/s. v=4,4*1014s
Kui suur on sinise valguse energia? 1,8 eV on punase kvandi energia. kui punane 680 nm. Kui sinine valguse lainepikkus on 450nm, siis 680/450=1,5 ; 1,8*1,5=2,7. Ehk sinisel kvandil oleks vastavalt suurem energia, nii mitu korda suurem, kui palju tema lainepikkus on väiksem.
Iga mitme vee molekuli kohta tuleb üks lahustunud aine molekul ? Ühes liitris vees on 1000g/18gmol-1 = 55.6 mooli, st vesi ise on 55.6 molaarne. Ühe molaarses lahuses on seega 1 lahustunud aine molekul ca iga 55 vee molekuli kohta. seega 55 vee molekuli vahel on 1 molekul ainet.
Miks õhumolekulid 10km kõrguselt alla ei kuku? Kukuvad koguaeg, aga juhuslikult põrkuvad jälle üles. Kõik sõltub kuidas teised põrgatavad üles või alla poole. Kogu atmosfäär on molekulide põrkumine , millest juhuslikult mõned satuvad kõrgemale, kukuvad jälle alla, teised lähevad asemele jne.
Mool on aine hulk, milles on avogaadro arv molekule. NA = 6.022* 1023 . Ehk üks mool ainet sisaldab endas Na aineosakest. Mooliks kutsutakse gramm -molekuli. Gramm-molekul on aine hulk grammides , mis on arvuliselt võrdne selle aine molekulmassiga Daltonites. Nt 1 mool vett on 18g.
Rõhk on füüsikaline suurus, mida mõõdetakse pinnaühikule mõjuva jõuga. Rõhuühikuks on N/m2=Pa. Gaasi rõhk tuleneb sellest, et molekulid põrkuvad nõu seintelt tagasi. Normaalrõhk on 101300 Pa.
Temperatuur iseloomustab gaasi molekulide liikumise kineetilist energiat. temp on 0 kui molekulid on paigal ja see kasvab võrdselt molekulide kineetilise energia suurenemisega, st võrdeliselt kiiruse ruuduga . 0oC=273K (norm temp).
Gaasi olekuvõrrand pV=nRT. R=8.314 J/K*mol. 1 mol gaasi ruumala normaaltingimustel (273K, 101300 Pa) on 22.4 l. V=1*8,314*273.16/101300=22.4. toatemp ja normrõhul on mooli ruumala 24.
Molaarsus – ainete kontsentratsioone väljendatakse ühikutes mooli/liitris (molaarsus, M). Atmosfääriõhu kontsentratsioon toatemperatuuril on 1/24=42mM. Hapniku kontsentratsioon seejuures on 0,21*42=8,82mM. CO2 kontsentratsioon on 0.000365*42=15µM. (N2 78%, O2 21%, Ar 1%, CO2 0,037%)
RT – näitab kui palju energiat tuleb kulutada ühe mooli gaasi temperatuuri tõstmiseks ühe kraadi võrra. Sõltuvalt vabadusastmete arvust (molekuli ehitusest) on see kas 3/2R∆T või 5/2R∆T. tegu on mooli soojamahtuvusega ehk erisoojusega konstantse ruumala puhul. R on ühe mooli gaasi energia ühe kraadi kohta, RT on ühe mooli gaasi energia T kraadi kohta. ehk RT on keskmise soojusliikumise energia.
RTln V2/V1. Kui mingisugune gaas kokku suruda või lasta paisuda, siis mooli kohta tehtud töö on võrdeline logaritmiga suhtest . Ei ole absoluutsuurustest vaid suhtest, mitu korda me gaasi kokku surume. Seega kui surusime kokku hõreda gaasi, siis mooli kohta on töö üks ja seesama. kui tihe siis kerge üks mool kätte saada. Niisuguste masinate võimsus on väike kui on hõre faas ehk kui kontsentratsioonid on väikesed siis selle masina võimsus on väike. Kui kontsentratsioonid on suuremad siis võimsus on suurem.
Niisuguseid protsesse gaasidega, kus väline soojusvahetus on täielikult välditud, nimetatakse adiabaatseteks. Lahustes toimuvates protsessides, mis on bioloogias peamised, on temperatuur tavaliselt konstantne ja adiabaatseid nähtusi esineb harva.
Kuidas mõistate entroopiat? Ebamäärane suurus, mille sisu kokkuvõtlikult ei ole midagi muud kui muundumine korrastamatuseks.. kõrgema temperatuuriga väiksem hulk molekule kui panna meie heaks midagi tegema siis tööd tehes see energia mis oli väiksemal hulgal kiiremalt liikuvatel molekulidel jaguneb suurema hulga aeglasemalt liikuvate molekulide vahel.Või suurtes sirgjooneliste liikumiste portsjonites olev energia hajub paljudeks väikesteks ebamäärases suunas liikuvateks portsjoniteks.
Membraanide lipiidkihid ei juhi elektrit (elektrone ega ioone) ega ole läbitav isegi vee molekulidele (vee jaoks valgud ja veekanalid et membraani läbida). Kuid see ei võimalda elektrijuhtivust, sest ioonid, kuigi ise mõõtmetelt väikesed, on ümbritsetud polaarsete vee molekulide mitmekordse kihiga ja seetõttu liiga suured, et valkudes liikuda . Na+, K+ ja H+ diffundeeruvad läbi membraani läbi juhtivuskanalite. Suhkrud on neutraalse laenguga ja seega neid ei pumbata ega saa sisse vedada.
Millest tekib membraanil potentsiaalide vahe? Membraanis on ATP seoselised ioonpumbad, mis ATPd hüdrolüüsides võivad H ioone rakust välja pumbata. Ioonide liikumine tekitab kohe membraanile potentsiaalide vahe. ATP seoselised pumbad on võimelised ioone ainult rakust välja pumpama. H välja pumbates tekib rakku neg potentsiaal. K kanal avaneb ja K liigub sisse negatiivse potentsiaali tõmbejõu mõjul. See neutraliseerib küll membraani potentsiaali, kuid H+ pumpamist jätkates saab rakus luua suteliselt kõrge (kümnetesse mM ulatuva) K+ ioonide kontsentratsiooni. See rakusisene kõrge K+ kontsentratsioon ongi rakumembraanil toimuvate protsesside peamiseks energeetiliseks kandjaks .
Jaotusfunktsioon – mis on Y teljel ? X-teljel on molekulide kiirus m/s. y- telg omab dimensiooni dn/ndv. See dimensioon võimaldab leida molekulide suhtearvu, mille kiirused asuvad vahemikus v kuni v+dv, kui tulba pindala, mille laius on dv ja kõrgus f(v). On mõistlik küsimus, kui suur osa molekulidest omab kiirusi mingis vahemikus, nt 400-410m/s. ebamõistlik küsimus, kui suur osa molekulidest omab kiirust täpselt 400m /s, sest vastus sellele on: niisuguseid molekule ei ole.
Bolzmanni faktor näitab kui suur osa molekulidest on võimeline mingiks keemiliseks reaktsiooniks.
Ensüümid ei muuda reaktsiooni kulgemise energeetilist lõppefekti, küll aga vähendavad oluliselt vahepealset energiabarjääri, aktivatsioonienergiat.
Keemiline tasakaal on olukord, kus reaktsiooni kiirused edasi- ja tagasisuunas on võrdsed. Tasakaalu minek on seda kiirem mida väiksem on aktivatsioonibarjäär, aga barjääri suurusest ei muutu lõpptulemus.
Aine potentsiaalne keemiline energia ehk keemiline potentsiaal on suurus mida mõõdetakse reaktsiooni käigus vabanenud energiaga mooli kohta. lahuses tulevad sisse ka teised jõud. Seda komponenti nimetatakse standardseks keemiliseks potentsiaaliks µ0. Kui aine A muutub aineks B, siis summaarne energeetiline efekt oleks . Kui reaktsioonis osalevate ainete kontsentratsioonid on võrdsed, ainult siis on reaktsiooni energeetiline efekt võrde molekulisisese muutuse poolt põhjustatuga µ0 [J/mol]. Reaktsiooni energeetiline efekt läheneb nullile , kui reaktsioon toimub keemilise tasakaalu lähedal.
Kui reaktsioonis toimuv keemiline potentsiaali muutus oleks 96500 J/mol, võiks öelda, et reaktsioonis olevate ainete redokspotentsiaalide vahe oleks 1V.
ATP laialdane kasutatavus metabolismis tuleneb energiarikka sideme ülekandevõimalusest, fosfaatrühma ülekande teel. ATPs on rida O aatomeid paigutatud lähestikku lineaarses struktuuris. O aatomite vahel valitseb tugev tõukejõud , mis püüab fosfaatrühmi üksteisest lahku tõugata.
Fotokeemiliselt on aktiivne ainult punase kvandi energia. fotosünteesi mehhanism lõikab lühemalaineliste kvantide energia maha ja muudab selle soojuseks.
Fotosünteesis eraldub O2 veest, mitte CO2-st. CO2 + 2H2O + 8hv -> CH2O + H2O + O2.
Kogu fotosünteesi protsessi jagatakse kaheks osaks, “valgusreaktsioonid” ja “pimereaktsioonid”. “Valgusreaktsioonides” lagundatakse vesi, kuid CO2 taandava jõuna ei eraldu mitte vesinik, sest see lenduks, vaid universaalne bioloogiline e- kandja NADPH . Fotosünteesi “pimereaktsioonides” NADPH ja ATP kasutatakse CO2 taandamiseks.
Calvini tsükli vaheproduktid on fosfaadid .
CO2 taandamiseks kasutatakse 4 elektroni energia, mis eralduvad veest ja mille abil kahe kaksiksidemega CO2 struktuur ümber kujundatakse nelja üksiksidemega struktuuriks. Tekkiva suhkru koosseisu jääb aga neljast elektronist kaks.
Tülakoidi membraansüsteem moodustab sisemise ruumiosa, luumeni, mis on stroomast membraaniga eraldatud. Luumeni ja strooma vahel tekib H kontsentratsiooni elektrokeemiline gradient, mis energiseerib ATP sünteesi. Tülakoidi membraanides asuvad valgust neelavad fotosüsteemid I ja II ja nendevahelised elektronikandjad plastokinoon, tsütokroom b6f, plastotsüaniin, samuti ka NADP reduktaas ja ATP süntaas. CO2 sidumise ja taandamise reaktsioonid aga toimuvad tülakoidide vahel asuvas stroomas .
Valgusreaktsioonideks nimetatakse valguse neeldumist ja elektronide ülekandega seotud reaktsioone. Valguse abil toimub tegelt ainult elektroni ergastumine pigmendil. NADPH on universaalne elektronikandja. H- ioonidel on eriline roll ATP sünteesis, kus need, liikudes läbi membraani kontsentratsioonigradiendi ja elektripotentsiaalide vahe mõjul, annavad ATP sünteesiks vajaliku energia. valguse neeldumise tulemusena tõuseb elektron klorofülli molekulis kõrgemale energianivoole. Klorofüllid a ja b neelavad peamiselt punases ja sinises spektriosas. Kloroplastis abipigmendid, karotenoidid , rohelise ja kollase valguse kasutamiseks. Abipigmendid annavad oma ergastuse edasi klorofüllile. Vett lagundav kompleks on fotosüsteemiga ühendatud tülakoidi luumenipoolsel küljel. selle koosseisus on tähtsad neli Mn aatomit. Lõppaktseptoriks on kinoon QA. Trap limited mudel – eksiton liigub pidevalt antenni ja tsentri vahet.
Elektron eraldub tsentripigmendis, mis PSIIs on P680 ja PSIs P700 (tähistatud vastavalt lainepikkusele). Tsentripigment on klorofüllide dimeer. Lisaks on läheduses veel PSII feofütiin. Lõpuks elektron stabiliseerub aktseptorpoolel kinooni molekulil . PSIIs redutseerunud plastokinoon QB eraldub ja difundeerub membraani sees, seda asendab teine, oksüdeerunud kinoon. Redutseerunud kinoon difundeerub Cyt b6f kompleksini kus oksüdeerub andes elektroni edasi Cyt b6f kompleksis olevatele heemidele Cyt f ja Cyt b. PSI liigub elektron edasi seotud FeS kandjatel kuni jõuab ferredoksiinile. See on esimene stroomas lahustuv elektronkandja. Lõplikuks elektroi aktseptoriks on NADP.
Fotosüsteemid moodustavad tandemi. PSII lagundab vett, kannab elektronid plastokinoonile, see neutraliseerub sidudes prootoni, difundeerub tsütokroom b6f kompleksile, kus oksüdeerub andes elektroni Cyt f kaudu plastotsüaniinile, viimane difundeerub PSI juurde ja annab elektroni valgusenergia abiga ferredoksiinile ja sealt edasi NADP-le.
Vee lagundamise aparaat – elektronid eemalduvad ühekaupa iga valgusvälgu ajal niisugusest 4Mn kompleksist, mis akumuleerib 4 positiivset vakantsi, mis siis korraga täituvad 2 H2O oksüdeerimisel. Fotosüsteem II aktseptorpoolel on kaks kinooni Qa ja Qb. Qa on valgus kinni ja annab elektroni Qb-le. Kui Qb-l koguneb kaks elektroni, lisanduvad stroomast prootonid , neutraalne kinoon vabaneb ja difundeerub membraani lipiidfaasis tsütokroom b6f kompleksile, kus oksüdeerub, andes elektronid tsütokroomi rauale , prootonid vabanevad luumenisse.
Kinooni eripära – et ATPd on võimalik sünteesida.
Q- tsükkel – tsütokroom võtab korraga vastu vaid ühe elektroni. Tsütokroom b6f kompleksis olev tsütokroom b6 redutseeritakse. Tsütokroom f asub membraani luumeni külje lähedal ja tsütokroom b6 asuvad strooma poolsel küljel. kui kinoonilt esimene elektron liigub Cyt F-le, siis kohe teine elektron redutseerib ühe Cyt b6, mõlemad prootonid aga eralduvad luumenisse. Sama juhtub järgmise kinooniga, sest cyt f on vahepeal osküdeerunud, andes elektroni plastotsüaniinile, teine kahest cyt b6 –st on aga veel elektronita ja redutseerub nüüd. Kaks cyt b6 koos redutseerivad he osküdeeritud kinooni. See kinoon vabaneb ja sarnaselt iga teise topeltredutseeritud kinooniga oksüdeerub cyt b6f andes üle elektroni cyt f-le ja teise jällegi cyt b6-le. Kokkuvõttes käib üks elektron ühe, teine kaks ja kolmas kolm korda läbi cyt b6f kompleksi, kandes iga kord kaasa prootoni.
ATP süntaas – prootoneid pumbatakse stroomast luumenisse elektrontranspordiga paaris, tagasi stroomasse ringlevad nad aga läbi ATP süntaasi, mis kasutab prootongradiendi energiat ATP sünteesiks. Sünteesib ühe täispöörde kohta 3 ATP molekuli.
Membraanis on neli suuremat kompleksi: Fotosüsteemid I ja II, nende vahel elektrone piki membraani edasiandev ja samal ajal prootoneid risti membraani läbi kasndev tsütokroom b6f ja ATP süntaas, mis prootonid uuesti välja laseb ja nende energia arvel ATPd sünteesib. PSII ja Cyt b6f vahel kannab elektrone membraani sees difundeeruv plastokinoon, Cyt b6f ja PSI vahel aga kannab elektrone luumenis difundeeruv plastotsüaniin. Kokku jääb iga elektroni kohta luumenisse kolm prootonit (3H+/e-), millest üks eraldus vee lagundamisel ja kaks seoses plastokinooli oksüdeerimisega Cyt b6f kompleksil. Nelja elektroni kohta transporditakse 12 H+, mis võimaldavad sünteesida 3 ATP. Niiviisi, koos nelja elektroni jõudmisega transportahela lõppu (2 NAPH sünteesiga) sünteesitakse paralleelselt ka 3 ATP, stöhhiomeetriliselt vajalik hulk ühe CO2 sidumiseks.
NADPH ja ATP sünteesiga lõppevad valgusreaktsioonid.
Pimereaktsioonideks nimetatakse CO2 sidumise ja taandamise reaktsioone. CO2 taandatakse suhkruks. Paralleelselt süsiniku taandamisega suhkruks tarbitakse 3ATP iga taandatud C kohta.
CO2 siseneb lehte difusiooni teel õhulõhede kaudu. Lehe sisse jõudes difundeerub CO2 kiiresti laiali rakkudevahelistes õhuruumides. CO2 liikumise viimane etapp hõlmab lahustumise rakuseina vedelikus ja difusiooni vedelas faasis kuni ensüümini, mis CO2 seob ja muudab taandamiseks valmisolevateks vaheproduktideks . Rubisco on CO2 siduv ensüüm . Väga aeglane ensüüm. Ensüümi peab palju olema mõistliku CO2 sidumise kiiruse saavutamiseks. Karboksüülimine tähendab CO2 sidumist substraadile, milleks on ribuloosbisfosfaat. Tekib kuuesüsinikuline produkt , mis laguneb kohe kaheks kolmesüsinikuliseks. Need ongi elektrone vastuvõtvaks substraadisk, et saada muudetud kolmesüsinikuliseks suhkruks. Ühekaupa ei saa CO2 taandada, mürgise sipelghappe tekkimise pärast. Seetõttu CO2 taandatakse 3-5 süsinikuliste vaheühendite kaudu. CO2 sidumise tsüklit nn Calvini tsükliks. Seda võib jagada kolmeks: CO2 aktseptori karboksüülimine(CO2 sidumine), taandamine (suhkru moodustumine) ja aktseptori regeneratsioon. Lisaks NADPH-le vajatakse ka ATPd, mis valmistab karboküülimise produktid ette taandamiseks ja regenereerib kaks korda fosforüülitud aktseptori. Regeneratsiooniosas tehakse viiest kolmesüsinikulisest kolm viiesüsinikulist suhkrut.
Fotohingamine – lisaks CO2-le võib Rubisco abil ribuloosbisfosfaadile liituda ka O2. Tekib viiesüsinikuline produkt, mis laguneb 2 ja 3-süsinikuliseks. 3-süsinikuline taandatakse, 2-süsinikuline viiakse metabolismiahelasse, kus kaks molekuli liidetakse kokku, saadakse 4C ühend, siis eraldatakse CO2 ja järgi jääb 3C ühend. See muudetakse jälle fotosünteesimehhanismis taandatavale kujule, CO2 aga väljub lehest. Fotohingamise üks mõte on et kaitsta ülereduktsiooni eest.
C4 fotosüntees i on mitu tüüpi. NADP-malic enzyme tüübi puhul PEP karboksüülimisel tekkiv oksaalatsetaat taandatakse malaadiks, mis difundeerub pärjarakkudesse ja dekarboksüülitakse seal NADP seoselise malic ensüümi abil. Sel juhul CO2 eraldumist saadab NADP taandamine, niiet koos CO2ga imporditakse pärjarakkudesse ka NADPH. Seda tüüpi taimedes toimub pärjarakkudes ainult ATP süntees tsüklilises elektrontranspordis, vee lagundamist ja NADPH sünteesi ei toimu. PSII puudub pärjarakkudes üldse.
CAM metabolism – kaktustes. Öösel glükolüüsi raja kaudu sünteesitakse PEP, mis karboksüülitakse sidudes CO2 ja tekkinud malaat salvestatakse vakuoolis. Õhulõhed on avatud. Päeval malaat dekarboksüülitakse ja tekkinud CO2 kasutatakse tavalise C3 fotosünteesi substraadina. Õhulõhed on päeval suletud, fotosüntees toimub sisemise CO2 arvel.
Kirjeldage tärklise ja sahharoosi sünteesi erinevusi. Tärklise süntees toimub kloroplastis, kus päeval kogunevad tärkliseterad . Öösel need hüdrolüüsitakse ja vabaneb glükoos , mis väljub kloroplastist. Tärklise süntees vajab ATPd ja selle ahela tähtsaim ensüüm ADP glükoosi pürofosforülaas on aktiveeritav PGA, F6P ja trioosfosfaatide poolt. sahharoosi süntees toimub tsütosoolis P-translokaatori kaudu väljatoodud trioosfosfaatidest. Sahharoosi sünteesi kiirust reguleerib tsütosooli F6Bpaas, mis blokeeritakse F2, 6BP molekuliga . Viimase süntees ja lagundamine on reguleeritavad trioosfosfaatide ja Pi tasemega. Kõrge T3P ja madal Pi vivad inhibiitori taseme alla, madal T3P ja kõrge Pi aga tõstavad seda. Nii hoitakse sahharoosi sünteesi kiirus tasakaalus fotosünteesi kiirusega. Sahharoosi sünteesil kasutatakse UDP-glükoos pürofosforülaasi.
Tärklis on sahharoosi varuprodukt mida on vaja ööseks tarbimiseks alles hoida. Varud saab säilitada polümeeridena, väikeste molekulide säilitamine võimatu, kuna tekitab suure osmootse rõhu.
Hingamine on fotosünteesi pöördreaktsioon produktide ja substraatide vahetuse mõttes. CH2O + O2 -> CO2 + H2O. Nagu fotosünteesi puhul, ka hingamise puhul on tegu nelja elektroni liikumisega CH2O ühikult hapnikule. Suhkru ühe C-ühiku oksüdeerimisel vabaneb 4 elektroni energia, mis kanduvad üle O2-le moodustades vee. Suhkru koosseisust otse võetakse kaks elektroni, kaks aga hüdrolüüsil veest.
Glükolüüs – nii nagu sahharoosi süntees, nii ka glükolüüs toimub tsütoplasmas. Glükolüüsi käigus poolitatakse 6-süsinikuline molekul. Molekuli poolitamiseks on vaja äärmised C-d fosforüülida, kulutades selleks 2ATP-d. Selleks tuleb glükoos viia enne lineaarse fruktoosi kujule. Niisiis algab glükolüüs ATP tarbimise mitte selle sünteesiga. Kahest otsast fosforüülitud fruktoos bisfosfaat laguneb vastava heksokinaasi toimel kaheks trioosfosfaadiks. Need oksüdeeritakse, viies 2 elektoni üle NADP+-le, NADH moodustumiseks. Toimub substraatne fosforüülimine. Fosfaadijääk seotakse ensüümiga, kust see koos elektroni ülekandega NAD+le kantakse üle trioosfosfaadile, seda nüüd kahekordselt fosforüülides. Siin elektroni ülekandel vabanevat energiat kasutatakse ATP sünteesiks otseselt, ilma membraani ja prootongradiendi vahenduseta. Bisfosfoglütseerhape aga on sedavõrd tugeva sisemise pinge all, et fosfaatrühm võib üle kanduda ADP-le, jättes järele 3-fosfoglütseerhappe (3-PGA). Sellega oleme raja alguses kulutatud ATP tagasi saanud, aga on järel veel kaks monofosfaati (3-PGA). See aine ise pole ATP substraatseks fosforüülimiseks võimeline, kuid selle enoolvorm on. Seega, nüüd viiakse fosfaatrühm üle molekuli keskele (3-PGA +> 2-PGA) ja viimane keeratakse enoolvormi, moodustades fosfoenoolpüruvaadi (PEP). Viimase defosforüülimisel vabaneb sedavõrd palju energiat (produkt püruvaat on kompakne ühend), et fosfaat saab ADP le üle kanduda, andes nüüd kummagi trioosi kohta ühe ATP puhaskasuks. Seega on glükolüüsi lõpptulemus ühe glükoosi (6 C) kohta 2 ATP ja 2 NADH. Hapniku kui NADH oksüdeerija olemasolu korral kantakse elektronid sellele, moodustades vee ja aidates kaasa suurema hulga ATP sünteesile, koos Krebsi tsüklist vabaneva NADH ga.
Krebsi tsükkel – püruvaadi oksüdeerimine. 3C happe oksüdeerimine, nii et vähem kui 4C ühendit kunagi ei teki. Püruvaat siseneb mitokondrisse ja reageerib koensüüm A-ga. Selle reaktsiooni käigus vabaneb üks süsinik CO2 kujul ja kaks elektroni regutseerivad ühe NAD. Atsetüüljääk koensüümilt ei vabane vaid kandub üle 4C aktseptorile(oksaalatsetaat) moodustades 6C tsitraadi . Tsitraadi edasisel oksüdeerimisel vabaneb veel 2 CO2 ja tekib 2 NADH. Tsükli teises pooles veel NADH ja FADH2. Kogu hindamisahela kohta tervikuna eraldub 4 elektroni CO2 kohta. koensüümA on ATP derivaat , milles kolmas fosfaat on asendatud pika ahelaga mille lõppu väävli kaudu ühildub atsetüülijääk. Kõik vaheproduktid võivad ahelast väljuda, pannes aluse aminohapete, rasvhapete ja nukleiinhapete sünteesile. Osmootse rõhu konstantsuse tagavad translokaatorid.
Mitokondriaalne elektron- prooton -transport ja ATP süntees - Aeroobsetes tingimustes (O2 olemasolu) oksüdeeritakse tekkinud NADH (ka FADH2) mitokondrite elektrontransportahela poolt, mis viib elektronid hapnikule, olles aga seejuures paardunud transmembraanse prootontranspordiga. Viimase poolt genereeritud energiat kasutatakse ATP sünteesiks, lastes prootonid läbi ATP süntaasi maatriksisse tagasi voolata.
Fotosüntees teeb ATPd enda jaoks, hingamine teeb teiste jaoks, ise ei vaja. Mitokondri membraanis samasugused kompleksid nagu kloroplastis. Sealt kust NADH sisse lähevad nim kompleks I, kompleks II vahepeal, edasi kompleks III ning lõpuks kompleks IV (kus toimub el liikumine hapnikule ja vee tekkimine). el antakse kinoonile, tema annab tsütokroomile. Toimub Qtsükkel. el liigub veefaasis (ennem lipiidfaasis membraanis). Lõpuks el hapnikule ja tekib vesi. Mitokondriaalses elektrontranspordiahelas on neli peamist kompleksi. Kompleks I kaudu sisenevad elektronid NADH –lt. Kompleks II kaudu sisenevad elektronid FADH2 –lt (suktsinaat-fumaraat üleminekul). Kompleks III teostab Q-tsüklit (tsütokroom b6c kompleks) ja Kompleks IV redutseerib hapnikku, moodustades vee. Lisaks võivad elektronid siseneda veel otse rasvhapetest ja taimedes ka NADPH-lt. Pange tähele, et prootoneid transporditakse maatriksist välja ja need voolavad tagasi läbi ATP süntaasi. ATP sünteesitakse maatriksis.
Kompleks I oksüdeerib NADH, transportides samal ajal 4H+/2e- , nii nagu selle sees töötaks veel seniavastamata Q-tsükkel (punktiirjoon). Elektronid kanduvad ubikinoonile, mis haarab samuti 2H+/2e-. Joonisel on näitamata, et NADH oksüdeerumisel eraldub selle koosseisust H+, mis vähendab üldise prootontranspordi suhte Kompleks I juures 6H+/2e-, asemel 5H+/2e- tasemele . Prootonid pumbatakse mitokondri kristast välja, membraanide vahelisse ruumi, ning see muutub aluselisemaks. ATP tuleb välja viia ja ADP sisse tuua. Kui nad üksteise suhtes vahetada, siis välja viiakse rohkem ioone kui sisse tuuakse ning seega tuleb ka fosfaat selle sissetoomisega ühendatud.
Kompleks II saab elektronid otse suktsinaat-fumaraat reaktsioonist, mis toimub membraanile ankurdatud Kompleks II juures, mitte vabalt difundeeruva NADH-ga, nagu Kompleks I juures. Elektronid kanduvad FAD ja kompleksile seotud ubikinooni kaudu vabale ubikinoonile, mis seob maatriksist 2H+/2e- (võrdle, ka PSII juurtes kanduvad elektronid vabale kinoonile seotud kinooni kaudu) . Siin rohkem prootoneid üle ei kanta kui vaba ubikinooniga seostuvad.
Kompleks III on vaste tsütokroom b6f kompleksile kloroplastides. Erinevus on see, et tsütokroom f asemel on tsütokroom c, aga mõlemad on ühte, c-tüüpi. Cyt f tähistus tuleneb sellest et tema avastati taimedes. Q-tsükkel töötab siin samamoodi kui kloroplastis (siin ta avastatigi). Aga järgnevaks vabaks e- kandjaks ei ole mitte plastotsüaniin, vaid tsütokroom c.
Kompleks IV (tsütokroom c oksüdaas ) saadab elektronid hapnikule, moodustades vee. Kuna energiahüpe on suur, ei ole siin 4e- Mn kompleksi, nagu fotosünteesis ja hapniku taandamise molekulaarmehhanism on erinev vee oksüdeerimise molekulaarmehhanismist.
Erinevused ATP tootlikkuse vahle hingamises ja fotosünteesis - Elektronide liikumise põhimõtted on samad. (väidetavalt hingamises produtseeritakse ühe glükoosi kohta (6C) 36 ATP, ehk 6ATP eralduva CO2 kohta. seda on 2 korda rohkem kui fotosünteesis). Hindamisel saadakse substraatse fosforüülimisega 2 glükolüüsis ja 2 Krebsi tsükklist ehk 4 ATP-d. Iga NADH kohta saame 9 ja iga FADH2 kohta 6 ülekantud H+. kokku u 100 ATP sünteesi tarbeks. ATP süntaas nõuab kas 4 või 3 H+ iga ATP kohta ja ADP ja Pi sissetransport ühe H+. seega ühe ATP sünteesiks kulub kas 6 või 5 H+. kokku tehakse umbes 16ATPd, lisades substraatsel teel sünteesitud, saame kokku 18. Arvestades ka lisaprootoneid on summaks umbes 22. Kui prooton kulu on 5H+ ATP kohta, saame kokku 22. Kui kompleks IV kannab lisaprootoneid läbi membraani, on see number pisut suurem u 26. Fotosünteesis toodetakse 4 elektroni kohta 3 ATPd. Kloroplast sünteesib ATP ainult endajaoks.
Närvirakus Na kanalite avanemisega põhjustatakse depolarisatsioon , mis lõpeb väga kiiresti. Repolarisatsioonil osalevad K kanalid, mis avanevad depolarisatiooni ajal pingetundlikult. Toimub nagu Na-K kanalite omavaheline võitlus, kuid mõlemad korraga laialt avatud ei ole. Selle kindlustab Na kanalite ehitus, mis avab kanalid pingetundlikult. Pingetundliku kanali suleb stopper - segment ja kanal pöördub algasendisse.
Na ja K kanalite tähtsaim omadus on nende ioonide vahel vahet teha. Ioonide mõõdud väga sarnased, kuid siiski väiksem ioon ei läbi suuremale mõeldud kanalit. Moodustuvad koorinatsioonisidemed metalli ja poori seinte aatomite vahel, nende sidemete täpne pikkus kindlustab selektiivsuse.
Joonista optilist kujutist.
Lääts on sellise kujuga, kui tema peale langevad paralleelsed kiired, mis tulevad otste poolt, murduvad rohkem, mis rohkem keskelt poolt murduvad vähem ja täpselt keskelt ei murdu üldse. Punane valgus murdub vähem, seega o keskelpool ja sinine murdub rohkem ja on otste poolt. kõik paralleelsed kiired lõikuvad fookuses .
Silma valgustundlikkus põhineb retinaali cis-trans isomerisatsioonil. Alguses cis-retinaal opsiiniga kompleksis. Valguse neeldumine ergastab pii-sideme, see hetkeks katkeb. Tekib trans vorm. Nüüd on rodopsiin aktiveerunud ja edastab sidnaali membraani Na-kanalitele. Trans-retinaal eraldub opsiinist, ebsüümi abil pöördub cis-vormi tagasi ja liitub uuesti opsiiniga, olles valmis järgmiseks impulsiks .
Tavaseisus kepikeste membraanis palju avatud Na kanaleid , mis depolariseerib rakumembraani. Aktiveerunud rodopsiin algatab GTP hüdrolüüsiga seotud ahela, mis katalüüsib cGMP ülemineku GMPks, mis põhjustab K kanali juhtivuse suurenemise ja membraani polarisatsiooni.