2. Solun toiminta tarvitsee energiaa

ATP-molekyyli toimii soluissa energian välittäjänä

• eliöt saavat energian usein eri keinoin, yleisin energiaa sitovista aineista on ATP- molekyyli
• yhden sidoksen purkautuessa ATP:stä tulee ADP- molekyyli ja kahden sidoksen purkautuessa AMP-molekyyli
• ATP on lyhytikäinen, joten ei toimi energiavarastona

Yhteyttämisessä energiaa sidotaan orgaanisten yhdisteiden kemialliseksi energiaksi
 -FOTOSYNTEESI

•  kasvit muodostavat viherhiukkasissa auringon valoenergian, hiilidioksidin ja veden avulla orgaanista ainetta glukoosia, ja sivutuotteena happea
• kasvien kaikissa vihreissä osissa on viherhiukkasia, eniten pinnoilla yhteyttämissolukossa (30-40kpl/solu)
• haihtumisimu kasvissa saa veden kulkemaan lehdessä kohti viherhiukkasia
• hiilidioksidi tulee lehteen ilmarakojen kautta, joista myös ylimääräinen vesi haihtuu
• ilmarakoja ympäröivät huulisolut tiukentuvat ja veltostuvat ilmaston mukaan

 Fotosynteesissä on kaksi vaihetta

1) VALOREAKTIO

 →auringon säteilyn osuessa lehteen, se imeytyy eli absorboituu siihen energiakvantteina eli fotoneina
→viherhiukkasten väriainemolekyylit virittyvät (elektronit siirtyvät korkeammille energia tasoille)
→valoreaktio käynnistyy, vesi hajoaa vedeksi ja hapeksi ja auringon valoenergia sitoutuu ATP-molekyyleihin
→vety liittyy vedynsiirtäjään, joka kuljettaa sen pimeäreaktioon

2) PIMEÄREAKTIO
→pimeäreaktioon energia ATP-molekyyleistä
→hiilidioksidistä ja vedystä syntyy glukoosia(siinä auringon valoenergia on sitoutunut kemiallisiin sidoksiin)
→kasvit varastoivat suuren osan glukoosista

Fotosynteesi on ihanneoloissa tehokasta

• fotosynteesin energiaksi kelpaa vain näkyvä valo, joista viherhiukkasten yhteyttämisväriaineet pystyvät parhaiten sitomaan punaisen ja sinisen värin aallonpituusaluetta
• hiilidioksiidipitoisuuden nousu lisää fotosynteesin tehokkuutta
• fotosynteesi toimii tehokkaiten 20-30 asteen lämpötilassa
• vesi ja maaperän ravinteet tehostavat myös fotosynteesiä
  
  
  Kemosynteesi
• kemosynteesiä tapahtuu paikoissa jonne aurinko ei paista koskaan (valtameren pohja)
• kemosynteesin merkitys energian sitomisessa on yleensä pieni
  →energia tulee tuottajien hapettamalla epäorgaanisia yhdisteitä

ENERGIAA VAPAUTUU SOLUHENGITUKSESSÄ

-Glukoosi on solujen tavallisin energialähde.

-Energian vapauttaminen glukoosista eli soluhengitys on sarja hapetus-pelkistysreaktioita.

-Hapettuminen tapahtuu vähän kerrallaan, että glukoosista vapautuva energia saadaan tehokkaasti talteen.

-Reaktioiden lopputuloksena glukoosiin fotosynteesissä sitoutunut energia muuttuu ATP-molekyyleihin sitoutuneeksi energiaksi, syntyy myös vettä ja hiilidioksidia.

-Kun glukoosi hajoaa solulimassa (glykolyysi) vapautuu sen sisältämästä energiasta noin3%.

-Mitokondriossa tapahtuvissa reaktoissa vapautuu noin 40% glukoosin energiasta. 

-Loppuosa glukoosin energista jää soluhengityksen reaktiotuotteisiin sidosenergiaksi sekä vapautuu lämpöenergiana.

Energian vapauttamisessa on kolme vaihetta:

1.Glykolyysi tapahtuu solulimassa. Glukoosimolekyyli hajoaa kahdeksi pyruvaattimolekyyliksi, ja samalla vapautuu vetyä. Vapautuu vähän energiaa, se sitoutuu ATP-molekyyleihin. Glykolyysi on anaerobinen rekatio, eli tarvitaan happea.

2.Pyruvaattimolekyylit kuljetetaan mitokondrion sisälle sitruunahappokiertoon. Reaktiosarjan eri vaiheisssa syntyy entsyymien avulla hiilidioksidia, vetyioneja ja elktroneja. Myös energiaa vapautuu, joka sitoutuu ATP-molekyyleihin. Hiilidioksidi siirtyy eläimillä soluista vereen ja poistuu uloshengityksessä. Kasvit käyttävät hiilidiosidia fotosynteesin lähtöaineena ja poistavat siitä osa ilmarakojen kautta.

3.Soluhengityksen viimeinen vaihe on elektroninsiirtoketju mitokondrion sisemmällä kalvolla, johon siirtäjät kuljettavat vetyatomit, jotka ovat hajonneet vetyioneiksi ja elektroneiksi. Kalvostolle sitoutuneet elktroninsiirtäjät kuljettavat vedyltä saadut enelktronit siirtäjältä toiselle. Viimeiseksi happi ottaa vastaan vedyn elektronit eli pelkistyy ja muodostaa vedyn kanssa vettä. Happi on välttämätön soluhengityksessä tässä vaiheessa, soluhengitys=aerobinen reaktio. Elektroninsiirtoketjun hapetuspelkistysreaktioiden sarja tuottaa energiaa, joka sitoutuu syntyviin ATP-molekyyleihin. Yhden glukoosimolekyylin pilkkoutuminen soluhengityksen eri vaiheissa tuottaa 30-32 ATP molekyyliä.


Hapettomissa oloissa solut vapauttavat energiaa käymisreaktioissa

-Maitohappokäyminen: Jos hengityselimistö ei pysty toimittamaan lihassoluille riittävästi happea, soluhengitys ei etene glykolyysia pidemmälle. Tällöin syntyy yhdestä glukoosimolekyylistä vain kaksi ATP-molekyyliä ja vapautuvan energian määrä on erittäin vähäinen. Hapen puutteessa pyruvaattihappoihin liittyy vetyä ja syntyy maitohappoa.

-Hiivasolut ja jotkin bakteerit vapauttavat energiaa hapettomissa oloissa alkoholikäymisen avulla. Siinä glykolyysissä syntyneistä pyruvaateista irtoaa hiilidioksidia, ja jäljelle jääviin osiin liittyy vetyä. Lopputuotteena syntyy etanolia.