Solun toiminta II Solun toiminta

8. Solut tarvitsevat energiaa 1. Avainsanat 2. Solut tarvitsevat jatkuvasti energiaa 3. Soluhengitys 4. Käymisreaktiot 5. Auringosta ATP:ksi 6. Tehtävät 7. Kuvat

Avainsanat: ATP Soluhengitys Aerobinen Glykolyysi Palorypälehappo Sitruunahappokierto Maitohappokäyminen Alkoholikäyminen Anaerobinen Fotosynteesin ja soluhengityksen suhde

Solut tarvitsevat jatkuvasti energiaa Energiaa saadaan: hajottamalla orgaanisia yhdisteitä yhteyttämällä (omavaraiset eliöt) soluhengityksessä (toisenvaraiset eliöt) käymisreaktioissa Energiaa tarvitaan esimerkiksi: aineiden kuljetukseen solukalvon läpi dna:n kahdentumiseen solunjakautumiseen proteiinisynteesiin Kuva kirjan sivulta 72

Soluhengitys Aerobinen reaktio Reaktion kaava: C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP sokeri + happi → hiilidioksidi + vesi + ATP (energiaa) Vaiheittaisen reaktiosarjan kulku: Solulimassa tapahtuva glykolyysi (on anaerobinen): glukoosi hajoaa kahdeksi palorypälehapoksi → vapautuu ATP:tä + vetyä Mitokondriossa tapahtuva sitruunahappokierto: palorypälehapot muuttuvat muiksi yhdisteiksi hiilidioksidia vapautuu ja vety otetaan talteen vapautuu ATP:tä Mitokondrioiden poimuissa tapahtuva elektroninsiirtoketju: vedynsiirtäjämolekyylit vapauttavat sitomansa vedyn → vety + happi → vesi + paljon ATP-energiaa Kuva kirjan sivulta 72

Käymisreaktiot Anaerobinen reaktio Alkoholikäyminen glykolyysi solulimassa syntyy kaksi palorypälehappoa → etanoli ja hiilidioksidi Tapahtuu esim. hiivasoluissa Maitohappokäyminen glykolyysin jälkeen palorypälehapoista muodostuu maitohappoa Tapahtuu esim. maitohappobakteereissa ja rasituksessa eläinsoluissa. Kuva kirjan sivulta 72

Auringosta ATP:ksi Kuva kirjan sivulta 72

Tehtävät Taulukkotehtävä Hiivasoluviljelmät (YO-tehtävä S-02) Väittämät Omena ja hiilidioksidin vapautuminen Lammen ekosysteemi Hiivan laborointi, työohjeet Hiivan laborointi, kysymykset

1. Taulukkotehtävä Kopioi ja täydennä taulukko.

2. Hiivasoluviljelmät (YO-tehtävä S-02) Kahta hiivasoluviljelmää kasvatettiin + 25 °C lämpötilassa, toista aerobisissa, toista anaerobisissa oloissa. Kummassakin oli aluksi 2 g hiivaa ja 2 g glukoosia. Taulukossa on vertailtu tilannetta 4 h:n kuluttua. Kumpi viljelmistä oli aerobinen? Perustele valintasi. Tulkitse viljelmien A ja B eroja. Kuvaile, millaisia reaktioita on tapahtunut eri viljelmien hiivasoluissa. Mikä edellä mainittujen aineenvaihduntareaktioiden kannalta keskeinen soluelin on kuvassa? Miksi sen rakenne on erilainen eri viljelmissä?

3. Väittämät Ovatko väittämät oikein vai väärin? Perustele. Solujen kannalta on tehokkaampaa käyttää aerobista energiantuottotapaa anaerobisen sijaan paremman hyötysuhteen takia. Solut pystyvät tekemään ATP-energiaa vain glukoosista. Soluhengityksessä ja maitohappo- ja alkoholikäymisessä vapautuu hiilidioksidia. Kasvisolut tuottavat tarvitsemansa ATP-energian soluhengityksellä sekä päivällä että yöllä. Toisenvaraiset eli heterotrofiset eliöt tuottavat kaiken tarvitsemansa ATP-energian ravinnosta saaduista yhdisteistä. Ihmisen ja sienen soluissa syntyy ATP:tä vain mitokondrioissa.

4. Omena ja hiilidioksidin vapautuminen Sekä soluhengityksessä että alkoholikäymisessä ilmaan vapautuu hiilidioksidia. Kypsyvä omena voi käyttää kumpaakin reaktiota kypsymiseen tarvittavan energian tuottamiseen. Hapettomissa oloissa omena käyttää alkoholikäymistä ja hapekkaissa oloissa soluhengitystä. Hapettomissa oloissa omenasta vapautuu noin seitsenkertainen määrä hiilidioksidia. Selitä, miksi.

5. Lammen ekosysteemi Pienen lammen ekosysteemissä on leviä, uposlehtisiä vesikasveja, äyriäisiä ja vesihyönteisiä. Veteen liuenneen hapen määrää mitattiin viisi vuorokautta kellon ympäri. Kuvaile keskimääräisiä muutoksia liuenneen hapen määrässä vuorokauden aikana. Mitkä tekijät kasvattavat hapen määrää? Mitkä tekijät vähentävät hapen määrää?

6. Hiivan laborointi, työohjeet Laborointi hiivan energianhankintatavoista. Työssä seurataan koeputkessa olevan hiivataikinan hiivan aineenvaihduntareaktioita putken eri osissa. Tarkoitus on havainnollistaa, millaista energianhankintatapaa hiiva käyttää koeputken pohjalla ja taikinanpinnalla. Jokaisella ryhmällä on yksi koeputki. Se kaadetaan puolilleen hiivataikinaa, jossa on 20 g vehnäjauhoa, 2 g kuivahiivaa, 30 g lämmintä (n. 50 °C) vettä ja n. 30 tippaa metyleenisineä. Tämä määrä riittää viiteen koeputkeen. Koeputki laitetaan pystyyn telineeseen pöydälle tai muuhun lämpimään, vedottomaan paikkaan. Metyleenisini reagoi hapen kanssa: jos metyleenisini on hapettomassa ympäristössä,se muuttuu värittömäksi. Koeputkea tarkkaillaan 20–45 minuuttia ja mietitään vastauksia seuraaviin kysymyksiin:

6. Hiivan laborointi, kysymykset a) Mistä hiiva saa ravintoa taikinassa? b) Miksi taikina nousee? c) Miten koeputken pohjalla ja pinnassa olevan taikinan väri eroaa kokeen lopussa? d) Selitä, mistä väriero johtuu. e) Mitä energianhankintatapoja hiiva käyttää koeputken pohjalla ja pinnassa?

Kuvat Napsauta kuva suuremmaksi!

C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP

C6H12O6 → 2 C3H6O3 + 2 ATP

VASTAUS 1: Taulukkotehtävä Tapahtuma-paikka (soluelin tai sen osa) Aerobinen / anaerobinen reaktio Kuinka paljon ATP:tä syntyy Reagoivat yhdisteet Lopputuotteet Glykolyysi solulima 2 glukoosi palorypälehappo Sitruuna- happo- kierto Mitokondrio (sisätila) hiilidioksidi, vety, elektronit Elektronin- siirtoketju (sisäkalvo) aerobinen jopa 34 vety, happi vesi 29

VASTAUS 2: Hiivasoluviljelmät (YO-tehtävä S-02) a) Viljelmä A, koska siinä kului happea b) Viljelmän A:n hiivasoluissa on tapahtunut soluhengitystä, jossa glukoosi muuttuu hiilidioksidiksi, vedeksi ja ATP-energiaksi. Runsaanenergianmuodostuksen ansiosta hiivasolut ovat lisääntyneet tehokkaasti. Viljelmässä B on tapahtunut alkoholikäymistä. Glukoosi on hajonnut anaerobisesti etanoliksi ja hiilidioksidiksi ja ATP-energiaksi. Käymisreaktiossa kokonaisuudessaan vapautuu vähän energiaa, mikä näkyy hiivamassan vähäisenä kasvuna. c) Mitokondrio Soluhengitys tapahtuu mitokondrion sisäpoimuissa, jotka ovat hyvin kehittyneet A-viljelmän mitokondrioissa. Alkoholikäyminen tapahtuu solulimassa, jolloin mitokondrion rakenne on yksinkertainen B-viljelmän soluissa. 30

VASTAUS 3: Väittämät Oikein. Aerobisella soluhengityksellä saadaan huomattavasti enemmän ATP-energiaa yhdestä glukoosimolekyylistä kuin anaerobisilla käymisreaktioilla. Väärin. ATP:tä voidaan valmistaa monista muistakin ravintoaineista. Väärin. Vain soluhengityksessä ja alkoholikäymisessä vapautuu hiilidioksidia. Oikein. Soluhengitystä tapahtuu soluissa koko ajan. Oikein. Toisenvaraiset eliöt eivät itse tuota orgaanisia yhdisteitä, joista voisi tehdä ATP:tä. Väärin. ATP:tä syntyy myös solulimassa glykolyysissä, soluhengityksen ensimmäisessä vaiheessa. 31

VASTAUS 4: Omena ja hiilidioksidin vapautuminen Omenan kypsyminen kuluttaa tietyn määrän ATP-energiaa riippumatta energiantuotantotavasta. Jos happea on käytettävissä, omenan solut käyttävät soluhengitystä, jossa yhdestä glukoosimolekyylistä saadaan paljon energiaa ja vähän hiilidioksidia. Jos happea ei ole käytettävissä, joudutaan käyttämään alkoholikäymistä, jolloin glukoosimolekyylejä joudutaan pilkkomaan paljon enemmän saman ATP-määrän saamiseksi. Samalla vapautuu myös runsaasti hiilidioksidia. Soluhengitys: yhdestä glukoosista 38 ATP ja 6 CO2 Alkoholikäyminen: yhdeksästätoista glukoosista 38 ATP ja 38 CO2 32

VASTAUS 5: Lammen ekosysteemi Aamuyöllä liuenneen hapen määrä pienenee tasaisesti. Aamulla (n. klo 9) hapen määrä alkaa kasvaa, mikä jatkuu iltaan asti. Illalla liuenneen hapen määrä alkaa pienentyä. Hapen määrää kasvattaa vesikasvien ja levien yhteytys, joka alkaa auringon valon lisääntyessä aamulla ja lakkaa valon määrän laskiessa illalla. Hapen määrää vähentää kaikkien lammen eliöiden soluhengitys, jota tapahtuu sekä päivällä että yöllä. (Yöllä ei tule uutta happea yhteytyksestä, mutta hapen kulutus yhtä suurta kuin päivällä.) (Myös veden lämpötilan vuorokaudenaikaiset muutokset voivat vaikuttaa liuenneen hapen määrään: kylmä vesi voi sisältää enemmän happea kuin lämmin vesi.) 33

VASTAUS 6: Hiivan laborointi, kysymykset Vehnäjauhon tärkkelyksestä. Hiivan tuottaessa energiaa joko soluhengityksellä tai alkoholikäymisellä vapautuu hiilidioksidikuplia taikinan sisään. Pinnalla väri on sinisempi, syvällä vaaleampi. Pinnalla taikinaan pääsee ilmasta happea, mutta koeputken pohjalle ei pääse uutta happea. Happi on kulutettu pohjalta pois soluhengityksessä. Pohjalla käytetään alkoholikäymistä, pinnalla soluhengitystä. 34