Organismide aine-ja energiavahetus (3)

Organismide aine- ja energiavahetus

Olulised füüsikaseadused termodünaamikast:
I. energia ei teki ega kao vaid muundub ühest vormist teise
(potensiaalne energia  kineetiline energia
II. entroopia universumis suureneb pidevalt
(entroopia vähendamiseks tuleb teha tööd  kulutada energiat)

Metabolism

Koosneb keemilistest reaktsioonidest, mille käigus energia muundub ühest vormist teise. Organismide metabolismide reaktsioone vahendavad ensüümid.
+ H2O + CO2  orgaaniline aine  H2O, CO2
Fotosünteesi käigus tekkiv orgaaniline aine annab energiat nii autotroofsetele kui ka heterotroofsetele organismidele. Fotosünteesi käigus vabaneb O2 kõrvalproduktina.
Metabolismireaktsioonid jagunevad kaheks:
Assimilatsioon
- sünteesimisreaktsioonid
- neeldub energia
Dissimilatsioon
- lagundamisreaktsioonid
- vabaneb energia
Aeroobne aine- ja energiavahetus: rakuhingamine.
- orgaaniliste ainete lagundamine O2 juuresolekul
- C6H12O6 + 6O2  6CO2 + H2O + energia
- oluline on glükolüüs, mille käigus vabaneb soojusenergia / ATP , leiab aset tsütoplasmas
- tsitraaditsükli ning hingamisahela tsüklid toimuvad mitokondrites
> nii glükolüüsi, hingamisahela kui tsitraaditsükli reaktsioonid on protsesside ahelana toimuvad – väga keerulised.
ATP ( adenosiintrifosfaat )
- ‘teenitakse’ energiat andvate langudamisprotsesside käigus
- ‘kulutatakse’ elutegevuseks vajalikeks sünteesiprotsessideks
- 3 fosfaatrühmaga ribonukleotiid
- eraldati esmakordselt 1929 aastal küüliku lihasrakkudest
- leidub organismi kõigis rakkudes, kudedes
- fosfaatrühmade vahel on sidemed, millesse talletatakse energiat
- 1 glükoosimolekulist saab 36/38 (vastavalt prokarüootne / eukarüootne rakk ) ATP’d
- organismi eesmärk on kasutada ATP energiat

Glükolüüs

- glükoosi lagundamise I etapp
- toimub endoplasmaatilises retiikulumis e tsütoplasmavõrgustikus
- iseenesest ei vaja O2 juuresolekut (anaeroobne protsess)
- tulemiks : 2ATP + 2NAD + polüviinamarjahape (polüvaat)
- kui tegemist on aeroobse raku glükolüüsiga, siis polüvaat liigub biolahusena tsitraaditsüklisse (e. krepsi tsüklisse)
- anaeroobse raku glükolüüsi puhul (nt lihasrakkudes) tekib etanool v. piimhape e. toimub kas etanoolkäärimine v piimhappe käärimine
aeroobne energiahankimine on efektiivsem kui anaeroobne, sest aeroobse energiahankimise puhul saab maksimaalse koguse energiat, anaeroobse energaihankimise puhul minimaalse koguse eneriat.

Tsitraaditsükkel

- toimub mitokondris
- ei tarvita hapnikku
- on hingamisahela reakstioonide eelduseks (kui ei toimu hingamisahela reaktsioone, siis ei toimu ka tsirtraaditsükli reaktsioone ja vastupidi)
- eraldub CO2
- tsitraaditsükli käigus saadud H- aatomid liidetakse NAD’ga ja NADH suundub hingamisahelasse

Hingamisahel

- reaktsioonid toimuvad mitokondrite sisemembraanides
- tulemina vabaneb NADH küljest H- aatom , mis liitub O2 ‘ga  tekib H2O
- protsessi käigus vabaneb energia, mida kasutatakse ATP sünteesiks
- kogu rakuhingamise ‘mõte’ on ATP sünteesiks vajaliku energia tekitamine
Fotosüntees
-on orgaanilise aine süntees H2O ja CO2-st valgusenergia kaasabil, kusjuures reaktsiooni käigus eraldub O2.
-fotosüntees toimub kloroplastides, kuna sealsed klorofüllimolekulid suudavad neelata valgusenergiat
-fotosünteesil on kaks erinevate reaktsioonidega etappi :
valgusstaadium:
* nõuab valguse olemasolu
*sisendiks H2O, 
* vaja on makroergilisi ühendeid NADP, ATP ja fosfaatrühmi
* väljundiks on makroergilised ühendid NADPH ja ATP (e puhas energia)
* kõrvalproduktiks on O2
pimedusstaadium:
* on valgusest sõltumatu protsess
* sisendiks ATP, NADPH ja CO2
* väljundiks C6H12O6, NADP, ATP, fosfaatrühmad
kloroplastid :
* 2-membraanilised organellid
* sees lamellid (3-membraansed moodustised)
* kloroplasti sisekeskkonda nimetatakse stroomaks
* lamellide membraanides asuvad :

• klorofülli molekulid
  
• valgud , mis püüavad kinni ergastunud elektronide energia
  
• fosfolipiidid .
  

* kõik taimeosad ei sisalda klorofülli ja seega ei fotosünteesi
* fotosünteesi reaktsioonid toimuvad lamellides
* kuna klorofüll ei neela rohelist valgust, vaid peegeldab seda, on taimed inimsilmale nähtavad rohelistena
valgusstaadiumi täpne kirjeldus:

klorofülli molekulid püüavad kinni punase ja sinise valguse, mille energia ergastab klorofülli molekuli

ergastunud molekulilt kaldun ergastunud elektron edasi valkudele, mis on valmis teda vastu võtma

ergastunud elektron antakse ühelt molekulilt teisele edasi, kusjuures iga taolise andmise käigus (iga astme käigus) väheneb elektroni energiahulk

seda energiat kasutatake H+ pumpamiseks stroomast lamelli sisekeskkonda

nii tekitatakse H+ gradient (H+gradient on olukord, kui vesinikioonide konsentrarsioon lamelli sees on suurem kui stroomas .)
H+gradienti kasutatakse ATP sünteesiks

toimub klorofülli (selle, kelle molekul ringlusesse läks) restabiliseerimine – st. et klorofüll otsib uut elektroni ning saab selle H2O molekuli lõhkumisel

selles ülalmainitud protsessis eraldub O2

toimub NADPH süntees (NADP + H+  NADPH) : klorofüllilt alguses eraldunud elektronid liituvad NADP’ga, tulemiks on NADPH

toimub ATP süntees H+gradiendi arvelt (toimumise ‘köögipoolelt’ on sarnane rakuhingamisahela protsessidele)
süntees toimub, nagu enne juba märgitud, lamellide membraanides
seega:
- valgusstaadiumi sisenditeks on  ja H2O
- reaktsioonide toimumiseks on vaja NAD, ATP ja fosfaate
- valgusstaadiumite väljunditeks on : NADPH, ATP ja O2
pimedusstaadiumist pikemalt
- pimedusstaadiumi reaktsioone kutsutakse ka Calvini tsükliks
- reaktsioonid toimuvad stroomas
- kokkuvõtlikult toimub pimedusstaadiumis see, et õhust pärinev CO2 seotakse orgaanilistesse molekulidesse
- reaktsioonid on tsüklilised (sarnaselt hingamisahela reaktsioonidele)
- Calvini tsükli otseseks väljundiks on 3-süsilikuline suhkur, mis on aluseks teistele algmolekulidele
seega:
- sisendiks on ATP, NADPH, CO2
- väljunditeks on C3H6O3 (2*C3H6O3 = glükoos); NADP, ATP ja fosfaatrühmad
fotosünteesi tähtsus:
- taimed toodavad enda tarbeks orgaanilist ainet.
* kõik autotroofse organismi rakud ei ole fotosünteesivõimelised.
* Calvini tsükli produktid on vaheproduktideks teiste orgaaniliste ühendite sünteesil.
- Fotosünteesil vabanev hapnik on vajalik taimedele endale kui ka teistele aeroobsetele organismidele.
- heterotroofsete organismide tarbitav orgaaniline aine on fotosünteesi produkt .
- fotosünteesi käigus muundatakse valgusenergia keemiliste sidemete energiaks.
- fotosüntees on süsiniku ja hapniku aineringe aluseks.
NB! TV II osa ülesanded, mis oleks kasulik ära teha : 4.1 (1-3, 5-6) / 4.2 (2-4) / 4.3 (1-3, 5-6, 8, 11-12) / 4.4 (1, 3-5, 7-10, 13) / 4.5 (1-2)
NB! Anna- Liisa slaidid on ka kasulikud – visuaalne külg päris fine – HTG kodukal õppematerjalide alt BI-1 kursus , kasutajanimi htg ja password annaliisa
NB! Anna-Liisa jagatud leht, kus ühel pool joonised ja teisel pool olulised mõisted, on ka kasulik endale selgeks teha.