LuK Lopputentti - Solu ja energia

Miten valoenergia sidotaan ja muutetaan kemialliseksi energiaksi fotosynteesin valoreaktioissa?

Valoenergian sidonta ja muuttaminen kemialliseksi energiaksi tapahtuu lineaarisen elektroninsiirtoketjun avulla. Siinä valohaavin pigmentit keräävät mahdollisimman paljon valoenergiaa. Pigementit virittyvät toinen toisensa perään, jolloin syntyy ketjureaktio, kunnes energia siirtyy reaktiokeskusklorofyllille, joka virittyy ja nostaa elektronin korkealle energiatasolle. Tämä korkean energian elektroni siirtyy elektroninsiirtokerjuun, ja sen energian vapautuessa protonipumppu siirtää H+-ioneja tylakoidin sisään muodostaen protonigradientin. Protonit virtaavat takaisin stroomaan ATP-sytnaasin kautta, jolloin ADP:stä muodsotuu ATP. Lopuksi PSI:n korkean energian elektronit pelkistävät NADP+:n NADPH:ksi. Näin valoenergia muuttuu kemialliseksi energiaksi ATP:ksi ja pelkistysvoimaksi NADPH:ksi, joita Calvin-Bensonin sykli käyttää hiilidioksidin sitomiseen sokeriksi

Miten C4-kasvien hiilidioksidin sidonta eroaa C3-kasvien hiilidioksidin sidonnasta?

C3-kasvit ovat kasveja, jotka sitovat hiilidioksidia pelkästään CBB-kierrolla. Niillä rubisco sitoo hiilidioksidia suoraan RuBP-molekyyliin mesofyllisoluissa, jolloin ensimmäinen tuote on kolmehiilinen 3-fosfoglyseraatti. Rubisco voi sitoa myös happea, mikä aiheuttaa fotorespiraatiota

C4-kasvit ovat kasveja, jotka sitovat hiilidioksidia kahteen kertaan. Ensin C4 kierrolla ja sitten CBB-kierrolla. Hiilidioksidia sidotaan ensin mesofyllisoluissa PEP-karboksylaasin avulla PEP-molekyyliin, jolloin syntyy neljähiilinen oksoloasetaatti ja edelleen malaatti. Malaatti kuljetetaan johtojännetupin soluihin, joissa se dekarboksyloituu ja vapauttaa korkean hiilidioksidipitoiduusen rubiscon ympärille. Tämä vähentää rubiscon hapensidontaa ja siten fotorespiraatiota parantaen tehokkuutta, mutta vaatii myös lisäenergiaa

Mitokondrion ATP-tuotto. Kuvaile pääpiirteittäin tärkeimmät kataboliareitit mitokondriossa ja oksidatiivinen fosforylaatio

Mitokondrion tärkeimmät kataboliareitit ovat puryvaatin hapetus, rasvahappojen betahapetus ja sitruunahappokierto. Näissä muodostuu kahta koentsyymiä, NADH ja FADH2, joita käytetään oksidatiivisessa fosforylaatiossa ATP:n tuottamiseen.

Puryvaatin hapetus:

• Puryvaatti sytoplasmassa tapahtuvasta glykolyysistä

• Hapetuksessa puryvaatti muutetaan asetyyli-CoA:ksi

• Puryvaattidehydrogenaasikompleksi avustaa hapetuksessa

• Hapetuksen aikana vapautuu hiilidioksidia ja muodostuu NADH:ta

Rasvahappojen betahapetus:

• Rasvahapot pilkotaan asetyyli-CoA:ksi

• Hapetuksessa muodostuu NADH:ta ja FADH2:ta

Sitruunahappokierto:

• Asetyyli-CoA liitetään oksaalietikkahappoon ja syntyy sitruunahappoa

• Asetyyli-CoA:n hiilet hapetetaan hiilidioksidiksi

• Sitruunahapon kaksi hiiltä poistuu hiilidioksidina. Loput hajotetaan ja rakennetaan uudestaan oksaalietikkahapoksi

• Reaktiossa vapautuu 2 NADH:ta, 1 GTP ja 1 FADH2

Oksidatiivinen fosforylaatio:

• Tapahtuu mitokondrion sisäkalvolla ja on soluhengityksen viimeinen vaihe

• Siinä ravintoaineiden hapettumisesta vapautuva energia, eli NADH ja FADH2 muutetaan ATP:ksi

• Koostuu elektroninsiirtoketjusta ja ATP-syntaasista

  • Elektroninsiirtoketju muodostuu proteiinikomplekseista (kompleksit I-IV). Elektroninsiirtäjinä toimivat ubikinoni Q ja sytokromi L

    • NADH luovuttaa elektroninsa kompleksille I, FADH2 kompleksille II ja ubikinoni Q siirtää elektronit komplekseilta I-II kompleksille III, joka siirtää elektronit sytokromi C:lle. Se siirtää ne kompleksille IV

    • Elektronien siirtymisestä vapautuva energia käytetään protonien pumppaamiseen mitokondrion matriksista kalvojen väliseen tilaan kompleksien I, II ja IV toimesta. Tällä muodostetaan ATP:tä

    • Viimeisenä vastaanottajana toimii happi, jolloin muodostuu vettä

  • ATP-syntaasin on entsyymi, jonka tehtävänä on syntetisoida ATP ADP:stä ja epäorgaanisesta fosfaatista

    • Muodostuu F0 ja F1 osasta

      • F0:n tehtävä on muodostaa protonikanava kalvon läpi

      • F1:n tehtävä on katalysoida ATP:n syntaasi

    • ATP:n muodostumisen saa aikaan elektroninsiirtoketjun jälkeinen protonigradientti, joka aiheuttaa muutoksia F1-osassa. Muutokset saavat aikaan ATP:n muodostumisen

Haimalla on merkittävä rooli ruoansulatuksessa ja ravinnon imeytyneiden komponenttien pitoisuuksien säätelyssä veressä. Kuvaile haiman eritystoimintaa, ja eritystoiminnan merkitystä aterianjälkeisessä tilassa sekä syömisen säätelyssä. Selitä, miten haiman eritystoimintaa säädellään

Haima on ruuansulatuselimistöön kuuluva elin, joka toimii sekä eksokriinisenä että endokriinisenä rauhasena

• Eksokriininen osa: Muodostaa haimanestettä, joka erittyy pohjukaissuoleen

  • Haimaneste sisältää bikarbonaatteja ja ruuansulatusentsyymejä (alfa-amylaasi, trypsiini, proteaasit, lipaasit, DNAaasit ja RNAaasit)

    • Bikarbonaatti: Neutraloi mahalaukusta tulevan happaman ruokasulan, jotta suolen limakalvo ei vahinjoitu ja jotta entsyymti toimivat mahdollisimman optimaalisesti

    • Ruuansulatusentsyymit: Hajottavat ravintoaineita

• Endokriininen osa: Muodostuu Langerhansin saarekkeista, jotka erittävät insuliinia ja glukagonia

  • Insuliinin tehtävä on laskea verensokeria siirtämällä glukoosia soluihin, lisäämällä sen varastointia rasvana, estämällä glukoneogeneesiä ja aktivoimalla glykolyysiä

  • Glukagonin tehtävä on nostaa verensokeria vapauttamalla maksan glukoosivarastoja, aktivoimalla glukoneogeneesiä ja inhiboimalla glykolyysiä

Aterian jälkeen insuliinin eritys lisääntyy. Insuliini toimii keskushermoston kylläisyyssignaalina, kertoo elimistölle energian olevan saatavilla ja vähentää siten ruokahalua erityisesti hypotalamuksen kautta. Insuliinin eritystä voimistavat suolistohormonit GLP-1 ja GIP, jotka osallistuvat kylläisyyden tunteen syntyyn. Aterian jälkeen glukagonin eritys vähenee. Glukagoni osallistuu kylläisyyssignalointiin vähentämällä ruokahalua ja hidastamalla mahalaukun tyhjenemistä.

Pohjukaissuoleen tullut hapan ruokasula ja ruuansulatustuotteet stimuloivat sekretiinin ja kolekystokiniinin ruonsulatusentsyymien eritystä. Parasympaattinen hermsoto vaikuttaa haimanesteen erittymiseen aktivoimalla eritystä ruoan näkemisen ja hajun aikana, lisäten eritystä ruokailun aikana. Veren ravintoainetasot taas säätelevät haiman Langerhansin saarekkeiden eritystä