Ksenobiootikum (kreeka keeles xenos 'võõras', ingl k xenobiotic) kehale võõras aine ehk kehavõõras ühend ehk eksogeenne võõraine.
Ksenobiootikumid on ravimid, raviained, saasteained, pestitsiidid,herbitsiidid, insektitsiidid, sünteetilised toidulisandid, kartsinogeenid jpt ained.
| Glükoos | |
|---|---|
   | |
| Lisateave Artiklis ei ole piisavalt viiteid. |
Glükoos ehk viinamarjasuhkur on monosahhariid, mis kuulub disahhariidide sahharoosi ja laktoosi koostisse. Glükoos tekib taimedes fotosünteesi tulemusena.
Glükoos on püsisoojaste loomade eelistatud energiaallikas. Nad varuvad glükoosi lihastesse ja maksa glükogeeni kujul.
Glükoos on tselluloosi polümeerse molekuli elementaarlülina oluline taime rakukesta komponent. Taimede glükoosivarud on tärklise kujul põhiliselt seemnetes ja mugulates.
Oküdatiivne fosforüülimine on mitokondri sisemembraanil toimuv metaboolne rada, mille käigus sünteesivad ensüümid ADP-st ATP-d, kasutades koensüümide NADH ja FADH2 oksüdeerimise käigus vabanevat energiat.
ATP on eluslooduses universaalne energia talletaja ja ülekandja, mille keemiliste sidemete energia võimaldab rakkudes metabolismi. Seepärast on vajalik pidev ATP taastootmine ADP-st. Oksüdatiivne fosforüülimine toimub peaaegu kõigis aeroobsetes organismides. Anaeroobsed organismid kasutavad näiteks käärimist.
ATP sünteesiks tuleb tööle panna ensüüm ATP süntaas. Vajaminev energia saadakse redoksreaktsioonidest, mis leiavad aset mitokondri sisemises membraanis asuvates või seda läbistavates ensüümkompleksides. Need kompleksid moodustavad kokku ahela, mida nimetatakse elektronide transpordi ahelaks (ETA). Neis ensüümides liiguvad vabad elektronid mitmetel redokskandjatel, kuni viimaks redutseeritakse hapnik veeks. Elektronide transpordi käigus viiakse läbi mitokondri sisemembraani maatriksist membraanidevahelisse alasse vabu prootoneid, mis põhjustab membraanil vesinikioonide erineva kontsentratsiooni.
Võrreldes substraadi tasemel fosforüülimisega, mille käigus ATP moodustub otse fosfaatiooni lisamisel ADP-le, on oksüdatiivse fosfolüürimise ATP saagis ühe lagundatava püruvaadi molekuli kohta pea 20 korda suurem.
Oksüdatiivse fosforüülimise tagamiseks on vaja elektronid viia üle redutseeritud koensüümidelt O2-le. Eukarüootides koosneb see elektronide ülekandeahel neljast suurest valkkompleksist mitokondri sisemisel membraanil.
Kompleksis I toimub kahe elektroni ülekanne koensüümilt NADH, mis pärineb sellistest biokeemilistest protsessidest nagu glükolüüs, Krebsi tsükkel ja beeta-oksüdatsioon, rasvlahustuvale koensüümile ubikinoonile (UQ-le). Reaktsiooni käigus viiakse 4 prootonit maatriksist membraanidevahelisse ruumi ja võib tekkida organismile kahjulik superoksiid.
NADH + 5H+(M) +UQ -> NAD+ + UQH2 + 4H+ (IMS)
(M)- (prootonid) maatriksis
(IMS)- (ingl k Intermembrane space) (prootonid) membraanidevahelises alas
Reaktsiooni vabaenergia muut: ΔGo’=-69,5kJ/mol
Toimub elektronide ülekanne suktsinaadilt UQ-le. Kompleks II osaleb nii ETA-s kui ka Krebsi tsüklis.
Reaktsioonis ei toimu prootonite väljutamist membraanidevahelisse ruumi.
Suktsinaat + UQ -> fumaraat + UQH2
ΔGo’=-16,4kJ/mol
Kompleks III teine nimetus on tsütokroom-c reduktaaskompleks. Elektronid liiguvad redutseeritud ubikinoonilt (UQH2) heemproteiinile, tsütokroomile c (Cyt c), mis viib elektronid kompleksi IV. Kompleks III-s toimuvates protsessides osaleb ka reaktsioonide tsükkel, mida kutsutakseQ tsükliks. Selle käigus toimub UQH2 oksüdeerimine ja UQ redutseerimine. Toimub nelja prootoni eraldumine maatriksisse, mis suurendab prootongradienti.
UQH2 + 2 Cyt c(Fe3+) 2 H+(M) -> UQ + 4 H+(IMS) + 2 Cyt c(Fe2+)
ΔGo’=-36,7/mol
Kompleks IV on viimane kompleks elektronide transportahelas.
Kompleksis IV, mida nimetatakse ka tsütokroom-c oksüdaaskompleksiks võetakse vastu 4 elektroni 4-lt tsütokroom c molekulilt ja kantakse hapnikumolekulile. Lisandub 4 prootonit maatriksist ja moodustub kaks veemolekuli. Protsessi käigus viiakse membraanide vahelisse alasse ka 4 prootonit, suurendades sellega prootongradienti siemembraanil.
4 Cyt c (Fe2+) + 8H+(M) + O2 -> 4 cyt c (Fe3+) + 2 H2O + 4 H+(IMS)
ΔGo’=-112,5kJ/mol
Kompleks V ei kuulu elektronide transportahelasse, vaid tegeleb prootongradienti kasutades ADP molekulist ATP loomisega.
Prootonite gradient saab tekkida tänu sellele, et mitokondri sisemembraan ei lase ioone läbi. Seega pääsevad vesiniku ioonid, prootonid mitokondrisse tagasi vaid läbi ATP süntaasi. Tekkinud prootonite voog käivitab ensüümi, mis hakkab katalüüsima adenosiindifosfaadi(ADP) fosforüülimist ATP-ks:
ADP + Pi → ATP
Ühe ATP sünteesimiseks tuleb transportida membraanidevahelisest alast maatriksisse 3–4 prootonit.
Eukarüootsed organismid ei suuda hapnikuta elada, kuna seda on vaja oksüdatiivses fosforüülimises, kuid O2 redutseerimine veeks võib endaga kaasa tuua selliste ohtlike anioonide tekke nagu peroksiid ja superoksiid. Seega on elutähtis oksüdatiivne fosforüülimine paradoksaalselt ka üheks potentsiaalseks vabade radikaalide tekkeallikaks organismis ning võib põhjustada oksüdatiivset stressi, mille tagajärgedeks on rakukahjustused ja haigused. Selle vastu võitlemiseks kasutab rakk näiteks selliseid antioksüdatiivseid vitamiine nagu C- ja E-vitamiin, ensüüme superoksiidi dismutaas, katalaas ja peroksüdaas.
Erinevalt eukarüootidest asuvad eeltuumsetes elektronide ülekandevalgud tsütoplasmamembraanis. Teistsugused on ka oksüdatiivse fosforüülimise käigus kasutatavad elektronide aktseptorid ja ETA valgukompleksid: kui päristuumsetel on viis kindlat kompleksi, siis prokarüootidel on ETA komponentide varieeruvus suurem, võimaldades hargnenud hingamisahelaid. See lubab bakteritel ja arhedel kasvada erinevates keskkondades. Eeltuumsetel esineb näiteks metalli- ja nitraatne hingamine, mida eukarüootidel pole.
On teada paljusid toksiine ja ravimeid, mis takistavad (inhibeerivad) oksüdatiivse fosforüülimise protsesse. Kuigi inhibiitorid peatavad vaid ühe valgu töö elektronide transpordi ahelas, piisab sellest, et seisata kogu metaboolne rada. Näiteks aktinomütseetide sünteesitud
oligomütsiin takistab ATP süntaasi, prootonite tagasivool mitokondrisse peatub. Selle tulemusena peatub NADH oksüdatsioon ja tsitraaditsükkel e Krebsi tsükkel jääb seisma, sest NAD+ kontsentratsioon langeb liiga madalale.
Oksüdatiivse fosforüülimise protsesside inhibiitoriteks on näiteks ka veel tsüaniid ja vingugaas.
1961. aastal kirjeldas Peter D. Mitchell oma kemiosmoosi teoorias oksüdatiivse- ja fosforüülimis reaktsioonide omavahelist seotust. Väljapakutud seletus oli esmalt teadlaste seas vaidlust tekitav, kuid hiljem siiski tunnustatud, ning aastal 1978 sai ta Nobeli auhinna.
Oksüdatiivse fosforüülimise selgitamise eest on Nobeli auhind antud ka hiljem. 1997. aasta Nobeli keemiaauhind jagati kolme mehe vahel: pool auhinnast jagati John Ernest Walkeri ja Paul D. Boyerile ATP sünteesi mehhanismide selgitamise eest ning teine pool Jens Christian Skoule ioonide transportensüümi avastamise eest.
Mitokondriaalne elektronide transpordi ahel ehk hingamisahel on eukarüootsete rakkude mitokondri sisemembraanis toimuv redoksprotsesside jada, mille käigus kanduvad elektrondoonorite elektronid üle elektronaktseptoritele. Aeroobsetes tingimustes toimiv hingamisahel järgneb tsitraaditsüklile ja on oksüdatiivse fosforüülimise protsessi osaks. Oksüdatiivne fosforüülimine on protsess, kus elektrontransportahelas korduva vesiniku oksüdeerimise tagajärjel saadavat energiat kasutades tekib ADP fosforüülimisel ATP.
Hingamisahelas on elektronide doonoriteks NADH ja FADH2 ning elektronide aktseptoriks on molekulaarne hapnik, mis vastuvõetud elektronide toimel veeks konverteeritakse. Taimedes toimib lisaks mitokondriaalsele hingamisahelale ka fotosünteetiline elektrontransportahel, mille töö tulemusena toodetakse hoopis vee molekulidest hapniku molekule. Erinevate elektronide doonorite ja aktseptoritega elektrontransportahelaid esineb looduses veel mitmeid ning neid leidub nii eukarüootsetes kui prokarüootsetes organismides. Kõikide elektrontransportahelate ühine omadus on, et nende töö tulemusena tekkiva prootongradiendi elektrokeemiline energia salvestatakse keemilise energiana ATP molekulidesse. ATP energiat saab kasutada erinevates metabolismiradades energeetiliselt mittesoodsate ehk toimumiseks täiendavat energiat vajavate reaktsioonide läbiviimiseks. Väike hulk ATPd on võimalik toota substraadi tasemel fosforüülimisega, mis toimub näiteks glükolüüsi rajas, ning osad organismid toodavad ATPd kääritusprotsesside käigus, kuid enamikus organismides on peamiseks keemilise energia tootmise viisiks elektrontransportahelad.
Hingamisahela termodünaamiliselt soodne kulgemine on garanteeritud sellega, et elektronid liiguvad negatiivsema redokspotentsiaaliga ühenditelt aina positiivsema redokspotentsiaaliga ühenditele, st iga järgmine elektronikandja on elektronide suhtes vastuvõtlikum (afiinsem) kui eelmine. Elektronikandjate oksüdeerumisel vabaneva energia toimel pumbatakse prootoneid mitokondri maatriksist membraanidevahelisse ruumi ning tekib prootongradient. ATP süntaas kasutab gradiendi energiat roteerumiseks (s.t gradiendi elektrokeemiline energia muundatakse ATP süntaasi poolt mehaaniliseks energiaks). ATP süntaasi vahendusel liiguvad prootonid tagasi mitokondri maatriksisse ning energia salvestub ATPsse keemilise energia kujul. NADH redokspotentsiaal on suurem (negatiivsem) kui FADH2 oma, seega NADH redutseerimisel vabaneb rohkem energiat ja saab sünteesida rohkem ATPd.
Mitokondriaalse elektronide transpordi ahela moodustavad neli suuremat mitokondri sisemembraanis asetsevat valgulist kompleksi koos liikuvate abistavate elektronkandjatega (ubikinoon, tsütokroomid-c). Prokarüootidel, kellel mitokondrid puuduvad, asuvad elektrontransportahelate kompleksid plasmamembraani koostises.
Kompleksi reaktsioon: NADH + Q + 5 H+ → NAD+ + QH2 + 4 H+
See suur ensüüm koosneb umbes 46 polüpeptiidi ahelast, riboflaviin-5'-fosfaadist (FMN) ja raud-väävel (Fe-S) kobaratest. Peamiselt tsitraaditsüklist pärineva NADH elektronid sisenevad hingamisahelasse FMNi redutseerumisega ja liiguvad edasi läbi seitsme Fe-S kobara, liitudes lõpuks ubikinooniga. Elektronide ülekandumise tulemusena muutub I kompleksi struktuur ning avanevad prootonkanalid, läbi mille pumbatakse neli prootonit mitokondri maatriksist välja.
Ubikinooni ehk koensüüm Q (edaspidi ka Q) molekulid asetsevad oma hüdrofoobsuse tõttu mitokondri membraanis ning saavad seal suurte hingamisahela komplekside vahel liikuda. Kui ubikinoon liidab kaks elektroni, on tegemist ubikinooliga (edaspidi QH2). Peale ubikinooni ja ubikinooli võib membraanist leida ka ubikinooni osaliselt redutseerunud versioone (semikinoone).[1]
Suktsinaadi dehüdrogenaasi reaktsioon: suktsinaat + FAD → fumaraat + FADH2
Kompleksi reaktsioon: FADH2 + Q → FAD + QH2
Tsitraaditsükli ensüüm suktsinaadi dehüdrogenaas on ka hingamisahela II kompleksi koostises. Suktsinaadi oksüdeerumise tulemusena tekivad tsitraaditsüklis edasi kasutatav fumaraat ning elektronikandja FADH2. FADH2 loovutab oma elektronid edasi II kompleksi raud-väävel kobaratele, kust elektronid jõuavad sarnaselt I kompleksiga liikuva ubikinooni molekulini ja sisenevad elektrontranspordi ahelasse. Selles kompleksis prootonite pumpamist ei toimu ja nii ei saagi FADH2 ahelas toota sama palju ATPd kui NADH puhul.
Kompleksi reaktsioon: 2 QH2 + Q + 2 Cyt c(Fe3+) + 2 H+ → 2 Q + QH2 + 2 Cyt c(Fe2+) + 4 H+
III kompleks koosneb 22 alaühikust ja sisaldab Rieske raud-väävel kobaraid (2Fe-2S) ning kahte erinevat tsütokroomi (tsütokroom b ja tsütokroom c1). Mõlemad tsütokroomid sisaldavad heeme, mille keskmes on raua aatomid. Kompleksi vahendusel kanduvad elektronid ubikinoolilt tsütokroom c-le (Cyt c). Ubikinool kannab edasi kahte elektroni, kuid tsütokroom c raua aatom suudab vastu võtta ainult ühe. Selleks, et kõik elektronid edasi kanda, toimib koensüüm Q tsükkel, kus III kompleksi Q0 seondumiskohale seondub järjest kaks QH2 molekuli. Mõlema molekuli esimene elektron liigub Rieske kobarale ja sealt tsütokroom c1-le (ja lõpuks kompleksiga seondunud liikuvale tsütokroom c-le), molekulide teine elektron liigub läbi tsütokroom b ja redutseerib kompleksi Qi saiti seondunud Q molekuli. Kui Q on sidunud kaks elektroni, liidab ta endale maatriksist ka kaks prootonit, moodustades QH2 ja tekitades prootongradiendi. Ühe tsükli ajal liigub kompleksist läbi kaks elektroni, neli prootonit pumbatakse intermembraansesse ruumi ning kaks maatriksi prootonit seotakse.
Kompleksi reaktsioon: 4 Cyt c(Fe2+) + 8 H+ + O2 → 4 Cyt c(Fe3+) + 2 H2O + 4 H+
IV kompleks sisaldab kahte vase ioonidega tsentrit (CuA ja CuB) ja kahte heemi gruppi (heem a ja heem a3), kokku koosneb 13 alaühikust. O2 täielikult veeks redutseerimiseks kulub neli elektroni. Kui kahe tsütokroom c elektronid on redutseerinud CuB ja heem a3 tsentrid, kasutab hapniku molekul neid kahte elektroni tsentrite vahele peroksiidsilla moodustamiseks. Aktiivtsentriga liituvad veel kahe Cyt c molekuli elektronid ja kaks prootonit, mis viib peroksiidsilla katkemiseni. Veel kahe prootoni liitumisel vabaneb mõlemast tsentrist vee molekul. Lisaks neljale maatriksist vee molekulidesse jõudnud prootonile pumbatakse selle energeetiliselt soodsa reaktsiooniahela jooksul intermembraansesse ruumi veel neli prootonit. IV kompleksis toimuv hapniku redutseerumine on aeroobsete organismide hapnikutarbimise peamiseks põhjuseks.
Hingamisahelaga kaasnevat ATP sünteesi viib läbi ATP süntaas ehk mitokondriaalne ATPaas ehk F1F0ATPaas, mida vahel tuntakse ka hingamisahela V kompleksi nime all. ATP süntaas asetseb koos hingamisahela nelja põhikompleksiga mitokondri sisemembraanil ning koosneb kahest allüksusest: keerlev F1 üksus ja paigalseisev F0 üksus. F0 üksuse koostises asub prootonkanal, mille kaudu hingamisahelas välja pumbatud prootonid liiguvad spontaanselt ehk iseeneslikult tagasi mitokondri maatriksisse. Prootonite liikumine paneb F1 üksuse keerlema. ATP süntaasil on funktsionaalselt kolm aktiivset keskust, mis asuvad F1 üksuse koostises ning vahetavad oma funktsioone F1 keerlemise käigus. Aktiivkeskuste funktsioonideks on kordamööda ADP ja Pi (anorgaaniline fosfaatrühm) sidumine, ATP süntees ning ATP vabastamine.
Hingamisahel ja ATP süntaas on biokeemiliselt eraldiseisvad süsteemid, kuid nad on ühenduses mitokondri sisemembraanil tekkiva prootongradiendi kaudu. NADH ja FADH2 redutseerimiseks on vajalik ATPaasi poolt vahendatav ATP süntees ja vastupidi. Protsesside koostoime tulemusena on ühe NADH molekuli kohta võimalik sünteesida 2,5 ATP molekuli, ühe FADH2 molekuli kohta 1,5 ATP molekuli.
Teatud tingimustes toimivad osadel organismidel ka valgud (nt 2,4-dinitrofenool), mis suudavad hingamisahela ja ATP sünteesi protsessid üksteisest lahutada selleks, et toota soojust (kehatemperatuuri säilitamiseks).
Kui hingamisahela elektronide lõppaktseptoriks on hapnik, on tegemist aeroobse hingamisega. Looduses esineb ka anaaeroobseid hingamisahelaid, kus hapniku asemel on mõni teine molekul. Hapniku redutseerumisel vabaneb rohkem energiat kui teiste elektronide lõppaktseptorite redutseerumisel, sest hapnik on neist elektronegatiivsem ja elektronide suhtes vastuvõtlikum. Seega on aeroobne hingamine energeetiliselt kasulikum kui anaeroobne hingamine.
Hapnikhingamise käigus esineb ohtlikke kõrvalefekte. Hapniku osalisel redutseerumisel tekivad ülimalt reaktiivsed hapnikuühendid (superoksiidioon, vesinikperoksiid, hüdroksüülradikaal), mis võivad reageerida peaaegu kõikide rakus leiduvate makromolekulidega, põhjustades oksüdatiivset stressi, mida seostatakse vananemise ja paljude haigustega. Selleks, et reaktiivsete hapnikuühendite tekitatavaid kahjustusi vältida, on rakkudes ensüümid, mis neid ühendeid neutraliseerivad. Olulisemad ja efektiivsemad ensüümid on superoksiidi dismutaas, mis viib läbi superoksiidioone siduvat reaktsiooni, ning katalaas, mis teostab vesinikperoksiidist vabastavat reaktsiooni.
Superoksiidi dismutaasi reaktsioon: 2 O2-· + 2 H+ ↔ O2 + H2O2
Katalaasi reaktsioon: 2 H2O2 ↔ O2 + 2 H2O
Oksüdatiivsete kahjustuste eest kaitsevad ka näiteks antioksüdantsed vitamiinid C ja E ning ubikinool; viimased kaks on rasvlahustuvad ning kaitsevad eriti hästi membraane.
Metabolism (kreeka keeles μεταβολή metabolē 'muutus') ehk ainevahetus tähendab organismis aset leidvaid sünteesi- ja lagundamisprotsesse. Metabolism on kõikide elusorganismide rakkudes toimuvate keemiliste reaktsioonide, mille osalusel toimuvad elusrakkudes keemilise energia protsessid, tulem. Terves organismis on sünteesi- ja lagundamisprotsessid omavahel tasakaalus. Oluline osalejamolekul metabolismis on vesi. Metabolism hõlmab biokeemilisi reaktsioone näiteks selliste orgaaniliste molekulidega nagu:
Ainevahetuse moodustavad kaks vastandprotsessi – katabolism ja anabolism.
Aine- ja energiavahetus
Metabolism – organismi biokeemilised protsessid, mis tagavad aine- ja energiavahetuse ümbritseva keskkonnaga
Metabolism jaguneb kaheks: assimilatsioon (organismis toimuvate sünteesiprotsesside kogum; N: valgussüntees ja fotosüntees) ja dissimilatsioon (organismis leiduvate lagunemisprotsesside kogum; N: süsivesikute lagundamine).
Organismid jagunevad kolme rühma : autotroofid, miksotroofid ja heterotroofid.
Autotroofid on organismid, kes sünteesivad ise orgaanilist ainet, kasutades selleks valguse või keemiliste ühendite energiat. N: rohelised taimed ja osad bakterid.
Miksotroofid on organismid, kelle toitumine oleneb keskkonna tingimustest. N: roheline silmviburlane, huulhein, alpi võipätakas.
Heterotroofid on organismid, kes kasutavad oma keha ülesehitamiseks ja energia saamiseks valmis orgaanilist ainet (nt. fotosünteesi). N: loomad (k.a. inimene), seened, klorofüllita taimed, osad bakterid.
ATP – adenosiintrifosfaat
ATP on universaalne energia ülekandja.
Glükoosi lagundamine
Glükoosi varusid säilitatakse: a) taimedes tärklisena
b) glükoosina maksas ja lihastes
Glükoosi lagundamine jaguneb kolme etappi: glükolüüs, tsitraaditsükkel ja hingamisahel.
I GLÜKOLÜÜS
1) Aeroobne glükoos – toimub tsütoplasmavõrgustiku siledapinnalises osas
Lähteaineks on glükoos
Tekib 2 ATP, 4 H -> 2NADH2
2) Anaeroobne glükoos (käärimine)
a) piimhappekäärimine – läbiviijad on piimhappebakterid ja lihasrakud hapniku puuduses.
Tekib: 2 ATP-d ja piimhape
b) alkohol- e. etanoolkäärimine – läbiviijad on pärmseened ja osad bakterid
Tekib: 2 ATP-d ja etanool
Vajalikud tingimused:
a) hapniku puudus
b)kergesti omandatavate süsivesikute olemasolu
c) tekkiv etanooli hulk ei või olla väga suur
II TSITRAADITSÜKKEL – toimub mitokondri maatriksis
Lähteaineks atsetüülkoensüüm A, mis tekib glükolüüsil moodustunud püroviinamarihappest.
Kulg – eralduvad CO2 molekulid ja tekib 10 NADH2 molekuli.
III HINGAMISAHEL – toimub mitokondri sisemembraani harjakestel (sopiste tippudes)
Kulg – glükolüüsil ja tsitraaditsüklis tekkinud NADH2 energia arvel sünteesitakse ATP-d (kokku 36 ATP-d)
Fotosüntees
Fotosüntees on klorofülli sisaldavates taimerakkudes toimuv assimilatsiooniprotsess, mille käigus salvestatakse valgusenergia orgaaniliste ühendite keemiliste sidemete energiaks.
Fotosünteesi peamisteks lähteaineteks on CO2 ja H2O ning lõpp-produktiks glükoos ja hapnik.
Fotosüntees jaguneb kahte staadiumisse: valgusstaadium (nõuab valgust) –fotofüüsikaline ja fotokeemiline faas; pimedusstaadium (ei vaja valgust) – fotokeemiline faas e. Calvini tsükkel
I Valgusstaadium
1) fotofüüsikaline faas – valguse neeldumine
2) fotokeemiline faas – eristatakse kahte süsteemi:
a) fotosüsteem 2 – ergastub 680 nm valgusega
ülesanded: * toimub vee fotooksüdatsioon, mille käigus eralduvad prootonid
* veelt võetakse ära elektronid
* vee fotooksüdatsiooni produktide omavahelisel seostumisel tekib hapnik
b) fotosüsteem 1 – ergastub 700 nm juures
ülesanded: * reduktiivjõu tekitamine
*koos fotosüsteem 2-ga osalevad vesinike aatomite kontsentratsiooni eriosade tekkimisel
* lähtuvalt vesiniku aatomite kontsentratsiooni erinevustest toimub ATP süntees.
II Pimedusstaadium – fotobiokeemiline faas
Aluseks on CO2 sidumine ja muundamine stroomas paiknevate ensüümide poolt. CO2 seotakse viie süsinikulise ühendina. Esmaseks fotosünteesi produktiks on triosiid, tekib tärklis.
Fotosünteesi tähtsus: vee fotooksüdatsiooni käigus eralduv hapnik on vajalik kõigi organismide hingamiseks; fotosüntees tagab süsiniku ja hapniku ning teiste keemiliste elementide ringe.
Aine- ja energiavahetus
Metabolism – organismi biokeemilised protsessid, mis tagavad aine- ja energiavahetuse ümbritseva keskkonnaga
Metabolism jaguneb kaheks: assimilatsioon (organismis toimuvate sünteesiprotsesside kogum; N: valgussüntees ja fotosüntees) ja dissimilatsioon (organismis leiduvate lagunemisprotsesside kogum; N: süsivesikute lagundamine).
Organismid jagunevad kolme rühma : autotroofid, miksotroofid ja heterotroofid.
Autotroofid on organismid, kes sünteesivad ise orgaanilist ainet, kasutades selleks valguse või keemiliste ühendite energiat. N: rohelised taimed ja osad bakterid.
Miksotroofid on organismid, kelle toitumine oleneb keskkonna tingimustest. N: roheline silmviburlane, huulhein, alpi võipätakas.
Heterotroofid on organismid, kes kasutavad oma keha ülesehitamiseks ja energia saamiseks valmis orgaanilist ainet (nt. fotosünteesi). N: loomad (k.a. inimene), seened, klorofüllita taimed, osad bakterid.
ATP – adenosiintrifosfaat
ATP on universaalne energia ülekandja.
Glükoosi lagundamine
Glükoosi varusid säilitatakse: a) taimedes tärklisena
b) glükoosina maksas ja lihastes
Glükoosi lagundamine jaguneb kolme etappi: glükolüüs, tsitraaditsükkel ja hingamisahel.
I GLÜKOLÜÜS
1) Aeroobne glükoos – toimub tsütoplasmavõrgustiku siledapinnalises osas
Lähteaineks on glükoos
Tekib 2 ATP, 4 H -> 2NADH2
2) Anaeroobne glükoos (käärimine)
a) piimhappekäärimine – läbiviijad on piimhappebakterid ja lihasrakud hapniku puuduses.
Tekib: 2 ATP-d ja piimhape
b) alkohol- e. etanoolkäärimine – läbiviijad on pärmseened ja osad bakterid
Tekib: 2 ATP-d ja etanool
Vajalikud tingimused:
a) hapniku puudus
b)kergesti omandatavate süsivesikute olemasolu
c) tekkiv etanooli hulk ei või olla väga suur
II TSITRAADITSÜKKEL – toimub mitokondri maatriksis
Lähteaineks atsetüülkoensüüm A, mis tekib glükolüüsil moodustunud püroviinamarihappest.
Kulg – eralduvad CO2 molekulid ja tekib 10 NADH2 molekuli.
III HINGAMISAHEL – toimub mitokondri sisemembraani harjakestel (sopiste tippudes)
Kulg – glükolüüsil ja tsitraaditsüklis tekkinud NADH2 energia arvel sünteesitakse ATP-d (kokku 36 ATP-d)
Fotosüntees
Fotosüntees on klorofülli sisaldavates taimerakkudes toimuv assimilatsiooniprotsess, mille käigus salvestatakse valgusenergia orgaaniliste ühendite keemiliste sidemete energiaks.
Fotosünteesi peamisteks lähteaineteks on CO2 ja H2O ning lõpp-produktiks glükoos ja hapnik.
Fotosüntees jaguneb kahte staadiumisse: valgusstaadium (nõuab valgust) –fotofüüsikaline ja fotokeemiline faas; pimedusstaadium (ei vaja valgust) – fotokeemiline faas e. Calvini tsükkel
I Valgusstaadium
1) fotofüüsikaline faas – valguse neeldumine
2) fotokeemiline faas – eristatakse kahte süsteemi:
a) fotosüsteem 2 – ergastub 680 nm valgusega
ülesanded: * toimub vee fotooksüdatsioon, mille käigus eralduvad prootonid
* veelt võetakse ära elektronid
* vee fotooksüdatsiooni produktide omavahelisel seostumisel tekib hapnik
b) fotosüsteem 1 – ergastub 700 nm juures
ülesanded: * reduktiivjõu tekitamine
*koos fotosüsteem 2-ga osalevad vesinike aatomite kontsentratsiooni eriosade tekkimisel
* lähtuvalt vesiniku aatomite kontsentratsiooni erinevustest toimub ATP süntees.
II Pimedusstaadium – fotobiokeemiline faas
Aluseks on CO2 sidumine ja muundamine stroomas paiknevate ensüümide poolt. CO2 seotakse viie süsinikulise ühendina. Esmaseks fotosünteesi produktiks on triosiid, tekib tärklis.
Fotosünteesi tähtsus: vee fotooksüdatsiooni käigus eralduv hapnik on vajalik kõigi organismide hingamiseks; fotosüntees tagab süsiniku ja hapniku ning teiste keemiliste elementide ringe.
