Video fotosynteesistä
Video soluhengityksestä
/ Videot ovat ulkoisiin palveluihin ja niissä saattaa olla saavutettavuuden esteitä.

SOLUJEN TOIMINTA TARVITSEE ENERGIAA

A. Energian sitomiseen kykenevät omavaraiset (autotrofit) eliöt 

1. Fotoautotrofit valmistavat Auringon säteilyenergian avulla hiilidioksidista ja vedestä glukoosia, jonka sidoksiin on tallentuneena kemiallista energiaa. Tätä kutsutaan yhteyttämiseksi valon avulla eli fotosynteesiksi. Fotoautotrofisia eliöitä ovat kasvit, levät ja syanobakteerit.

Fotosynteesi on ehkä maapallon tärkein biokemiallinen reaktio, koska sen avulla fotoautotrofit tuottavat 

a. glukoosia ja sitä jatkojalostamalla muita orgaanisia yhdisteitä itselleen ja samalla kuluttajille ja hajottajille.

b. hapen ilmakehään

c. puutavaraa, nautintoaineita, lääkkeitä, kuituja, yms. raaka-aineita

2. Kemoautotrofit valmistavat glukoosia hiilidioksidistä, sillä energialla, jonka saavat hapettamalla epäorgaanisia yhdisteitä esim. rikkivetyä. Tätä kutsutaan kemosynteesiksi. Tietyt bakteerit ja arkeonit ovat kemoautotrofeja. 

Toisenvaraiset (heterotrofit) eliöt eivät kykene sitomaan energiaa, vaan saavat energiansa ”syömällä” muita eliöitä.

FOTOSYNTEESI
yksinkertaistettu reaktioyhtälö:
valoenergia + 6 H2O + 6 CO2 + ->6 O2 + C6H12O6 

Fotosynteesin reaktiot jaetaan valo- ja pimeäreaktioihin:

1. Valoreaktiot tapahtuvat viherhiukkasen (kloroplasti) yhteyttämiskalvostolla (tylakoidikalvosto). Valoreaktioiden lähtöaine on vesi ja reaktiotuote on happi.

• Auringon valon fotonien energia imeytyy viherhiukkasten yhteyttämiskalvostolla oleviin klorofylli-molekyyleihin, jotka siirtyvät korkeammalle energiatasolle. 
• Osa viritysenergiasta käytetään veden hajottamiseen vedyksi ja hapeksi. Hapen kasvisolu käyttää osin itse ja osa siitä vapautetaan ilmaan tai veteen. Vedestä peräisin olevat vetyionit kiinnittyvät vedynsiirtäjään (NAPD -> NAPDH) ja niitä tarvitaan myöhemmin pimeäreaktioissa.
• Loppuosa valoreaktioiden energiasta käytetään ATP-molekyylien muodostamiseen ja niitäkin tarvitaan myöhemmin pimeäreaktioissa.

2. Hiilen yhteyttämisreaktiot (pimeäreaktiot)
Tapahtuvat viherhiukkasen nestemäisessä välitilassa eli stroomassa. Hiilen yhteyttämisreaktioiden lähtöaine on hiilidioksidi ja reaktiotuote on glukoosi.

• Reaktioihin tarvitaan hiilidioksidia ja vedynsiirtäjän tuoma vety, joka on tuotettu valoreaktiossa, joista rakennetaan pitkässä reaktiosarjassa glukoosia.
• Energia pimeäreaktioihin saadaan runsasenergisistä ATP-molekyyleistä, jotka on tuotettu valoreaktioissa. 
• Eivät tapahdu pimeässä, vaan välittömästi valoreaktion jälkeen.

wikimedia commons / ulompi ja sisempi kalvo, strooma eli välitila ja
yhteyttämiskalvostot eli tylakoidikalvostot

Fotosynteesin tehokkuuteen vaikuttavia tekijöitä ovat:

• ilmakehän CO2- pitoisuus
• valon määrä
• valon laatu
• lämpötila
• kosteusolot
• ravinteiden saatavuus 

B. KAIKKI ELIÖT VAPAUTTAVAT ENERGIAA joko soluhengityksen tai käymisreaktioiden avulla.

• Solut tarvitsevat energiaa mm. aineiden kuljetukseen solukalvon läpi, dna:n kahdentumiseen, proteiinisynteesiin ja solun jakautumiseen.
• Energian vapauttaminen tapahtuu yleisimmin soluhengityksen avulla glukoosin sidoksia hajottaen.
• Soluhengityksen yksinkertaistettu reaktioyhtälö:
  C6H12O6 + 6 O2 + 38 ADP + 38 P -> (38 ATP) + 6 CO2 + 6 H2O

Soluhengitys voidaan jakaa kolmeen reaktiosarjaan: 

1. Solulimassa tapahtuu glykolyysi, jossa glukoosi hajoaa kahdeksi palorypälehapoksi, jolloin vapautuu pieni määrä energiaa (2 ATP-molekyyliä) ja vetyioneja, jotka voidaan kuljettaa vedynsiirtäjissä mitokondrioon. Glykolyysi ei vaadi happea.
2. Mitokondriossa tapahtuu sitruunahappokierto, jossa palorypälehapot muuttuvat muiksi yhdisteiksi, vapautuu hiilidioksidia ja vetyioneja ja vedyn elektroneja. Kaksi jälkimmäistä jatkavat kulkuaan mitokondrion sisäkalvolle. Syntyy myös 2 ATP-molekyyliä energiaa.
3. Mitokondrioiden poimusella sisäkalvolla tapahtuu elektroninsiirtoketju. Elektroninsiirtoketju tarkoittaa sitruunahappokierrossa tuotettujen elektronien (-) kuljettamista elektroninsiirtäjältä toiselle, jolloin ne vapauttavat aina siirtyessään hieman energiaa. Tämän energian avulla vetyionit (+) pumpataan kalvon toiselle puolelle, jolloin syntyy sähköinen jännite-ero kalvon eri puolille. Lopulta jännite-eron kasvettua tarpeeksi suureksi vetyionit virtaavat kalvon toiselle puolelle saaden tietyn proteiinin pyörimään vinhasti. Tällä liike- energialla saadaan ladattua paljon ATP-molekyylejä (32 ATP-molekyyliä). Elektroninsiirtoketju vaatii happea, koska happi ottaa lopuksi vastaan vedyn elektronit ja reaktiotuotteena syntyy vettä.

wikimedia commons / Mariana Ruiz

KÄYMISREAKTIOT

• Anaerobiset eliöt pystyvät vapauttamaan energiaa ilman happea käymisreaktioiden avulla. Esimerkiksi hiiva on sieni, joka kuitenkin hapen puuttuessa voi vapauttaa energiaa myös alkoholikäymisellä. Maitohappobakteerit taas ovat esimerkkejä eliöistä, jotka vapauttavat energiaa maitohappokäymisellä. Jotkin eläinsolut voivat myös rasituksessa hetkellisesti vapauttaa energiaa maitohappokäymisellä.

 Alkoholikäyminen 

• Glykolyysi solulimassa, jossa syntyy 2 palorypälehappoa ja 2 ATP-molekyyliä.
• Tämän jälkeen muodostuu vielä hiilidioksidia ja etanolia

 Maitohappokäyminen 

• Glykolyysi solulimassa, jossa syntyy 2 palorypälehappoa ja 2 ATP-molekyyliä.
• Tämän jälkeen muodostuu maitohappoa.

kevät 2018 t.5 energian tuotto (vapautus) prokaryooteilla ja eukaryooteilla soluilla
http://yle.fi/plus/abitreenit/2018/kevat/BI-fi/BI-fi/index.html
YTL:n hyvän vastauksen piirteet (kevät 2018)
https://www.ylioppilastutkinto.fi/images/sivuston_tiedostot/Hyv_vast_piirt/FI_2018_K/2018_k_bi.pdf

syksy 2016 t. 2 viherhiukkasen rakenne ja fotosynteesi
https://drive.google.com/file/d/0B8Ec8LLK7gzHN2hmdDVVWGYtQlk/view
YTL:n hyvän vastauksen piirteet (syksy 2016)
https://www.ylioppilastutkinto.fi/images/sivuston_tiedostot/Hyv_vast_piirt/FI_2016_S/2016_S_BI.pdf