2.2. Elämän energiatalous

Vesikin on kiinnostava molekyyli

Jatkossa tulemme tutustumaan ilmiöihin, joiden ymmärtämiseksi on

tärkeätä ensin tutustua vesimolekyylin ominaisuuksiin.

Vesimolekyyli muistuttaa rakenteeltaan Mikki-Hiirtä. Happiatomi

muodostaa Mikki-Hiiren kasvot ja vedyt toimivat sen korvina. Vetyjen ja

hapen väliset sidoselektronit eivät liiku atomien ympärillä tasaisesti, vaan

ne viettävät suurimman osan ajastaan happiatomin ympärillä. Syy tähän

”epädemokraattiseen” asiaintilaan on happiatomin selvästi vetyä

suuremmassa elektronegatiivisuudessa (ilmiön syistä voit neuvotella

fysiikanopettajasi kanssa).

Elektronien epätasainen jakautuminen aiheuttaa varauseron

vesimolekyylin vety- ja happipuolen kesken. Se puoli, missä vedyt

sijaitsevat, on varaukseltaan positiivinen verrattuna happipuoleen, mikä

taas on varaukseltaan negatiivinen. Näin yksittäisestä vesimolekyylistä

tulee pienoismagneetti plus- ja miinusnapoineen (kuva 8).

H 2 O

Kuva 8. Vesimolekyylin rakennemalli

Magneettisuutensa vuoksi joukko vesimolekyylejä ryhmittyy mielellään

ketjuksi. Ilmiö havaitaan vedessä pintajännityksenä. Veden

magneettisuutta hyödyntävät kasvit vesitaloudessaan ja kaikki solut

kalvorakenteittensa (solukelmu, tumakotelo, solulimakalvosto)

muodostamisessa.

Monet elämän ilmiöt tarvitsevat protoneita

Vetyatomi on atomeista kaikkein yksinkertaisin (kuva 9) . Sen ytimessä

sijaitsee yksi positiivinen hiukkanen nimeltä protoni (H+ ). Protonia

kiertää yksi negatiivinen hiukkanen nimeltä elektroni (e-). Aiemmin jo

totesimme, että vedyn ainoa elektroni on samalla sen sidoselektroni.

Protoni

H +

vety-ydin

vetyioni

(kaikki

tarkoittavat

samaa asiaa)

Kuva 9. Vetyatomin rakenne

e-

elektroni

Vesimolekyylin sisältämistä vetyatomeista toinen saattaa silloin tällöin

lähteä omille teilleen (kuva 10). Tarkkaan ottaen omille teilleen ei lähde

koko vetyatomi, vaan ainoastaan vetyatomin ydin. Voimme ajatella, että

vety-ydin joutuu jättämään vesimolekyylille maksun omasta

vapaudestaan. Maksun välineenä toimii vetyatomin ainokainen

sidoselektroni.

H 2 O

Kuva 10. Veden hajoaminen protoniksi ja OH-

ioniksi (veden autoprotolyysi).

e-

H+

OH -

Edellä kuvatusta veden hajoamisesta käytetään nimitystä veden

autoprotolyysi (suomennettuna ”itsestään tapahtuva protonin luovutus”).

Sen seurauksena vesimolekyylistä syntyy kaksi erimerkkistä hiukkasta:

positiivinen protoni H+ ja negatiivinen OH- (kuva 10).

Pian tulet huomaamaan, että protonit ovat solun energiatalouden

perusta. Protoneiden olemassaoloon perustuu myös kasvien

ravinnetalous ja happosateiden aiheuttamat haitat. Tässä joitakin vesi- ja

protonikatsaukseni syitä..

Silloin tällöin vastaasi tulee molekyylikaavoja, joissa esiintyy plus- tai

miinusmerkkejä. Ne ovat kohtia, joista on irronnut tai joihin on kiinnittynyt

protoneita tai elektroneita varauksen ilmoittama määrä. Varauksellisia

atomeja tai molekyylikaavoja ei siis tarvitse sen kummemmin arastella.

Mihin solut tarvitsevat energiaa?

Proteiinit ovat solun työkaluja. Kuten tavallisetkin työkalut, eivät

proteiinitkaan yleensä toimi itsestään, vaan tarvitsevat käyttövoimaa.

Käyttövoima on peräisin auringosta.

Vain harvat ja valitut proteiinit pystyvät hyödyntämään auringon

säteilyenergiaa sellaisenaan. Siksi valon sisältämä energia on sidottava

tavallisillekin proteiineille käyttökelpoiseen muotoon,

energiamolekyyleiksi.

Energiamolekyyleistä tärkeimmät ovat ATP ja sokerit. Tutustumme vasta

myöhemmin näiden molekyylien rakenteeseen. Säilyvyydeltään ja

käyttöominaisuuksiltaan ne eroavat selvästi toisistaan. ATP hajoaa hyvin

nopeasti aivan itsestäänkin. Se säilyy käyttökelpoisena vain n. 20

sekuntia. Sokerit säilyvät hyvin (ajattelepa vaikka kaikkia kesämökkien

hyllyillä vuosikausia seisoneita ikivanhoja sokeripaketteja).

Energiahävikkiä välttääkseen eliöt varastoivat energiaa sokereina. Kun

energiaa tarvitaan (proteiinien käyttövoimaksi siis), sokerimolekyylejä

käsitellään tavalla, jonka tuloksena syntyy ATP:tä. Näin on meneteltävä

siksi, että jostakin syystä proteiinit pystyvät hyödyntämään energiaa vain

ATP-muotoisena (tämä toteamus ei kuitenkaan ole aivan ehdoton).

Menetelmä, jolla sokereita tuotetaan, on nimeltään yhteyttäminen.

Menetelmä, jolla ATP:tä tuotetaan on nimeltään soluhengitys. Alla (kuva

11) on uudelleen jo aikaisemmin geenien toiminnan yhteydessä esillä

ollut kaavio, joka ilmentää soluissa tavattavien yhdisteiden välisiä

riippuvuussuhteita. Proteiinit sijaitsevat kaaviossa keskellä, sillä ne

varsinaisesti aiheuttavat kaikki elämälle ominaiset toiminnot.

Energia-aineenvaihduntaan liittyvien aineiden kierrot näkyvät kuvan

oikeassa laidassa.

Kuva 2. Mistä elämässä on kysymys?

Rasva-aineet eli tapahtumien näyttämönä toimivat

kalvorakenteet esim. solukelmu, solulimakalvosto,

tumakotelo, mitokondrioiden ja viherhiukkasten

sisältämät kalvostot

Rasva-aineiden tuotanto

Proteiinisynteesi eli

proteiinien tuotanto

- tapahtuu kahden

proteiinityypin toimesta:

1) DNA:n ”lukijat”

(RNA-polymeraasi)

2) Proteiinien

rakentajat

(ribosomit)

- proteiinien tekemiseen

tarvitaan siis proteiineja

→ muna-kana -ongelma

Yhteyttäminen

tapahtuu kasvien

viherhiukkasissa

auringon valossa

Sokerit eli

energiavarasto

Soluhengitys

tapahtuu

mitokondrioissa

CO2

H2O

O2

ATP eli

proteiinien

käyttövoima

Proteiinit eli solun

työkalut

- yhdenlainen työkalu

pystyy tekemään vain

yhdenlaisen työn

DNA:n kopiointi eli DNA-

replikaatio

- tapahtuu muutaman eri

proteiinin toimesta, joista

tärkein on DNA-

polymeraasi

- geenit ovat DNA:sta

koostuvia proteiinien

rakenneohjeita, joten nämä

proteiinit rakentavat omia

rakenneohjeitaan → muna-

kana –ongelma

- DNA-replikaatio on

lisääntymisen edellytys ja

perusidea

Nukleiinihapot DNA ja RNA

- DNA:sta koostuvat geenit eli

proteiinien rakenneohjeet

- RNA on yksittäisestä geenistä

tehtävä lyhytikäinen nauhoite

Yhteyttäminen kuluttaa vettä ja hiilidioksidia. Kyseisiä aineita vapautuu

soluhengityksessä. Yhteyttäminen tuottaa sokereita ja happea. Kyseisiä

aineita kuluu soluhengityksessä (kuva 12).

CO2

H2O

O2

Sokeri

C6H12O6

Yhteyttäminen

(kasveissa

tapahtuu myös

soluhengitystä)

Soluhengitys

(ei yhteyttä-

mistä)

Kuva 12. Elämän energiatalous

Yhteyttäminen ja soluhengitys yksilö- ja ekosysteemitasolla

tarkasteltuna

Yhteyttäminen ja soluhengitys pyörittävät koko maailmantaloutta. Vain

kasvit ja eräät muut yhteyttävät (omavaraiset eli autotrofiset) eliöt

pystyvät sitomaan auringon energiaa sokereiksi. Kaikki muut

(toisenvaraiset eli heterotrofiset) eliöt ovat riippuvaisia yhteyttämisessä

syntyvistä sokereista. Koko ekosysteemin toiminta perustuu

yhteyttämiseen ja soluhengitykseen.

Riippuvuussuhteen ymmärrät pysähtymällä pohtimaan, mikä liikuttaa

polkupyörää, autoa tai käkikelloa. Kaikissa niissä on kyse omasta

lihastyöstäsi (joka vaatii ATP:tä, siis sokereita). Autossa työ rajoittuu

tosin polkimien painamiseen ja ajatteluun. Yllättäen kuitenkin myös

bensiinin sisältämä energia on alun perin yksisoluisten merenpohjaan

vajonneiden levien yhteyttämällä tuottamaa sokeria eli auringon

säteilyenergiaa.

Huomaa, että edellä oleva kuva 12 havainnollistaa elämän

energiataloutta paitsi yksilö- myös ekosysteemitasolla.

Seuraavakin kaavio (kuva 13) havainnollistaa omalla tavallaan, miten

elollisessa luonnossa aineet kiertävät, mutta energia virtaa eliöiden läpi.

Tässä kaaviossa näkökulma on ekologinen. Auringon säteilyenergia

viivähtää meissä vain hetkisen sokereiden muodossa ja päätyy lopulta

elintoimintojemme tuottamana lämpöenergiana avaruuteen. Sama

kohtalohan olisi auringon säteilyenergialla ilman meitäkin. Kaaviossa on

myös termejä, joita ekologit käyttävät elämän energiataloutta

kuvatessaan. Kaaviossa käyttämäni kirjasinkoko on sen verran pieni,

että ainakin pienikokoiselta näyttöruudulta voi tekstien lukeminen tuottaa

hankaluuksia. Suosittelen tällöin kaavion tulostamista.

Kaikki sokereihin sitoutunut energia muuttuu lopulta

lämmöksi ja vapautuu ilmakehän kautta avaruuteen.

Enintään 10 % petojen syömästä eläinmassasta varastoituu

“keskivartaloon” (= tertiäärituotanto).

90 % 1-asteen petojen syömästä eläinmassasta kuluu

petojen omiin elintoimintoihin. Tämä kuluttaa happea ja

tuottaa hiilidioksidia ja vettä.

Noin 10 % syödystä kasvimassasta varastoituu

kasvinsyöjien “keskivartaloon”

(= sekundaarituotanto). Suurin osa tästä päätyy petojen

massuun.

Noin 90 % syödystä kasvimassasta kuluu kasvinsyöjien

omiin elintoimintoihin. Tämä kuluttaa happea ja tuottaa

hiilidioksidia ja vettä.

Kaikki kasvien tuottama sokeri eli perustuotanto eli primaarituotanto eli

bruttoperustuotanto eli bruttoprimaarituotanto (Hillitön nimistöpaljous!) eli

yhteyttämisessä tuotettujen sokereiden kokonaismäärä. Puuhassa kuluu vettä ja

hiilidioksidia ja syntyy sokeria ja happea.

30 % varastoituu

(= netto-tuotanto eli

nettoperustuotanto eli

nettoprimaarituotanto)

70 % bruttoperustuotannosta kuluu kasvien

omiin elintoimintoihin. Tämä kuluttaa happea ja

tuottaa hiilidioksidia ja vettä.

Se osuus

nettotuotannosta, jonka

kasvinsyöjät popsivat.

Kasvien ja eläinten sisältämä aines päätyy kuollessaan tai ulosteiden mukana hajottajille.

Hajotustyö kuluttaa happea ja tuottaa hiilidioksidia ja vettä. Vapautuvat ravinteet

siirtyvät maasta kasvien käyttöön.

Kuva 13. Aine kiertää, mutta energia virtaa ekosysteemien läpi.

Yhteyttäminen ja soluhengitys soluelinten tasolla tarkasteltuna

Soluissa esiintyy kaksi energia-aineenvaihduntaan erikoistunutta

soluelintä: mitokondrio ja viherhiukkanen. Kumpaakin näistä tavataan

yhteyttävissä soluissa. Viherhiukkasten sisältämä lehtivihreä saa

yhteyttävät solut näyttämään vihreiltä.

Kaikissa muissa aitotumallisissa eliöissä paitsi kasveissa on pelkkiä

mitokondrioita. Viherhiukkaset puuttuvat.

Yksittäisissä soluissa näitä soluelimiä voi olla valtavasti. Esimerkiksi

lihassoluissa mitokondrioita suorastaan tungeksii. Viherhiukkasten ja

mitokondrioiden välistä työnjakoa havainnollistaa kuva 14.

ATP

ATP

CO2

H2O

O2

Sokeri

C6H12O6

Yhteyttäminen

- viherhiukka-

sissa, vain

kasveissa ja

eräissä

Protoctistoissa

esim. levissä

Soluhengitys

- aitotumallisten

eliöiden (siis myös

kasvien)

mitokondrioissa,

bakteereilla

tapahtuu solun

ulkokalvolla

Kuva 14. Elämän energiatalous.

Viherhiukkasen ja mitokondrion välinen

tehtävänjako.

Viherhiukkasten ja mitokondrioiden rakenne

Mitokondriot ja viherhiukkaset muistuttavat rakenteeltaan kovasti

toisiaan. Kumpikin soluelin koostuu ulko- ja sisäkalvosta.

Mitokondrioiden sisäkalvo on löysillä poimuilla. Niitä kutsutaan kristoiksi.

Kristojen ympäröimäksi jäävää sisintä ontelotilaa kutsutaan matriksiksi.

Ulko- ja sisäkalvon välinen tila on nimeltään ”kalvojen välitila” (kuva 15).

Kalvojen välitila (enkuksi

intermembrane space)

Poimu eli krista

Matriksi

Kuva 15. Mitokondrion rakenne

Ulkokalvo

Sisäkalvo

Viherhiukkasen sisä- eli tylakoidikalvosto on rypyttynyt päällekkäisiksi

poimupinoiksi. Niitä kutsutaan graanoiksi. Poimupinojen sisälle jäävää

ontelotilaa kutsutaan tylakoiditilaksi. Tylakoidikalvostoja ympäröivää tilaa

kutsutaan stroomaksi (kuva 16).

Tylakoidikalvosto

eli graana Strooma

Tylakoiditila

Kuva 16. Viherhiukkasen rakenne

Ulkokalvo

Sisäkalvo

Kumpikin elin on kooltaan bakteerin luokkaa ja sisältää pienen

rengasmaisen DNA-jakson. Rengasmaista DNA-jaksoa kutsutaan

plasmidiksi ja yleensä sellainen on tunnusomainen bakteereille.

Mitokondrioiden ja viherhiukkasten DNA:ssa on joukko toimivia geenejä.

Niissä on joidenkin energia-aineenvaihdunnassa tarvittavien proteiinien

rakenneohjeet. (Tällaisia ovat tässä tekstissä tuonnempana esiteltävän

elektroninsiirtoketjun proteiinit. Ne rakentuvat modulaarisesti. Kukin

elektroninsiirtäjä on nimittäin useamman pienemmän osaproteiinin

muodostama kokonaisuus, vähän niin kuin pantaisiin useita Lego-

palikoita, toistuvia moduleita, kiinni toisiinsa. Joitakin näistä

osaproteiineista koodaavat sellaiset geenit, jotka sijaitsevat tumassa.

Jotkin samaisen elektroninsiirtäjän osaproteiineista voivat olla

koodattuina geeneihin, jotka ovat mitokondrion tai viherhiukkasen

omassa DNA-molekyylissä.).

Pieni koko ja plasmidien olemassaolo viittaavat siihen, että mitokondriot

ja viherhiukkaset saattavat evolutiivisesti alun perin olla aitotumalliseen

soluun asettuneita yhteistyöbakteereita (ns. endosymbioositeoria).

Viherhiukkasten ja mitokondrioiden toiminta

Johdanto

Viherhiukkasen ja mitokondrion toiminnassa on paljon

samankaltaisuuksia. Silmiinpistävää on molempien kyky tuottaa ATP:tä

vieläpä hyvin samantapaisella menetelmällä. Tuotantotapaan

tutustumme tuonnempana.

Sekä yhteyttämiseen että soluhengitykseen sisältyy myös vaihe, jota

kutsutaan sykliseksi (renkaanmuotoiseksi). Myös tämä on hyvin

samankaltainen kummassakin soluelimessä.

Syklisyydellä tarkoitetaan sitä, että reaktiokulku tuottaa kaksi eri

lopputuotetta (kuva 17). Ensimmäinen (reaktion varsinainen lopputuote)

poistuu reaktiokulusta ensin. Myöhemmin muodostuvaa toista

lopputuotetta tarvitaan kuitenkin myös, koska se on reaktiokulun

(seuraavan kierroksen) tärkeä lähtöaine. Siksi, vaikka perimmäisenä

päämääränä onkin tuottaa kierrosta ensimmäisenä poistuvaa tuotetta, ei

reaktiokulku voi pysähtyä vielä tähän.

Alla oleva kaavio (kuva 17) kuvaa syklisen reaktiokulun yleisperiaatteen.

Sykliset reaktiokulut ovat elämälle luonteenomaisia muutenkin kuin

energia-aineenvaihdunnan osalta.

1. Muokattava

yhdiste

1. ”Kelkkamolekyyli”

4. ”Kelkkamolekyylin” esiaste

3. Valmis

reaktiotulos

2. Muokattava yhdiste liitettynä

”kelkkamolekyyliin”

Kuva 17. Syklisen reaktiokulun perusmalli

ATP:n rakenne, tuotanto ja merkitys

Tutustumme nyt elämän energiatalouteen molekyylitasolla. Aloitamme

urakkamme ATP-molekyylistä.

ATP on ainoa proteiinien käyttövoimaksi sopiva molekyyli. Siksi voimme

kuvitella, että yhteyttämisen ja soluhengityksen perimmäinen tavoite on

ATP:n tuottaminen.

ATP (adenosiinitrifosfaatti) on rakenteeltaan RNA-nukleotidi, jossa on

adeniiniemäs (kuva 18a). Nukleotidit ovat DNA:n ja RNA:n rakenneosia.

Ellet vielä ole tutustunut DNA:n ja RNA:n rakenteeseen, voit aivan hyvin

jättää sen edelleen tuonnemmaksi ja tässä yhteydessä tutustua

nukleotidiin pelkkänä sanana.

Proteiinien toiminta kuluttaa ATP:tä, jolloin se hajoaa kahdeksi osaksi:

ADP:ksi ja P:ksi. Kun ATP:tä tuotetaan, osat yhdistetään uudelleen

ATP:ksi (kuva 18b).

Riboosi

-sokeri

Fosfaatti

Fosfaatti

Fosfaatti

Adeniini-emäs

RNA:n adeniini-

emäksellä

varustettu

nukleotidi

eli AMP ADP

ATP

Kuva 18a. ATP (adenosiini-tri-fosfaatti) on Adeniini-

emäksellä varustettu RNA-nukleotidi, johon vain on liitetty

kaksi ylimääräistä fosfaattiryhmää. Yhden fosfaatin

lisääminen tuottaa ADP:n (adenosiini-di-fosfaatti).

Lähtöaineena toimivaa RNA-nukleotidia voidaan kutsua

myös nimellä AMP(adenosiini-mono-fosfaatti).

P

P

ADP

+

P

ATP

P

P

1) Aineiden

kuljetus

2) Liikkuminen

(supistumiskykyiset

säikeet)

A B + P A B

3) Kemiallinen työ

(= pikkumolekyyleistä

kootaan suurempia)

Mitokondrioihin ATP:n

uudelleentuotantoa varten

Kuva 18b. ATP:n käyttötavat soluissa. Solussa työtä tekevät sen

sisältämät proteiinit. Työ vaatii energiaa. Proteiinit pystyvät

hyödyntämään energiaa vain ATP:n muodossa. Työn tapahtuessa ATP

hajoaa perusosasikseen ADP:ksi ja P:ksi. Nämä kierrätetään

uusiokäyttöön mitokondrioihin, missä niistä valmistetaan uutta ATP:tä.

ATP:tä rakentaa tähän erikoistunut proteiini. Proteiinin nimi on ATP-

syntetaasi. Proteiinissa on kaksi osaa, joista toinen (kaula) pysyy

paikallaan ja toinen (pesäosa) pyörii (kuva 18c). Osien rajapinnassa on

kaksi aktiivista keskusta, joihin käytetyn ATP:n kaksi osaa (ADP ja P)

sopivat. Pyörimisliike saa osat puristumaan yhteen uudeksi ehjäksi ATP-

molekyyliksi.

ATP ADP + P

H+

H+

Mitokondrion tai

viherhiukkasen

sisäkalvo

Kuva 18c. ATP-syntetaasin rakenne ja

toiminta.

ATP- syntetaasi on nanoteknologisesti suuntautuneiden tutkijoiden

suosikkimolekyylejä. Se sopisi nimittäin hyvin molekyylikokoiseksi

moottoriksi tulevaisuudessa tehtäviin pienenpieniin laitteisiin. ATP-

syntetaasi on sikäli ainutlaatuinen proteiini, että sen toiminta tosiaankin

perustuu pyörimisliikkeeseen. Pyörimisliikettä elävä luonto ei

nykykäsityksen mukaan hyödynnä missään muualla.

Mikä pyörittää ATP-syntetaasia?

ATP-syntetaasimolekyylejä tavataan mitokondrioiden ja viherhiukkasten

sisäkalvolla. Molekyylin naapurissa sisäkalvolle kiinnittyneinä on myös

rivi pienempiä proteiineja. Näitä kutsutaan elektroninsiirtäjäentsyymeiksi

(kuva 19). ATP-syntetaasin pyöriminen perustuu elektroninsiirtäjien

antamaan apuun. Näiden lisäksi paikalle tarvitaan vetyatomeja.

H+

e- e- e- e-

H e-

H+

H

ADP

+

P

ATP

Elektroninsiirtä-jäentsyymi

ATP-syntetaasi

Elektroninsiirtoketjusta tuleva vetyatomi

päätyy yhteyttämisessä sokerin osaksi ja

soluhengi-tyksessä vesimolekyyliin

Vetyatomi

elektroninsiirtoketjuun

saadaan joko vedestä

(yhteyttämisessä) tai

sokerista

(soluhengityksessä)

Kuva 19. Mitokondrion ja viherhiukkasen sisäkalvon

rakenne ja ATP-tuotannon perusperiaate.

Mitokondrion tai

viherhiukkasen sisäkalvo

Perusidea on, että elektroninsiirtäjäentsyymit riistävät elektroneja

vetyatomeilta, jolloin vedystä jää jäljelle pelkkä vedyn ydin eli protoni.

Elektroninsiirtäjät toimittavat elektronit ja protonit, niin mitokondriossa

kuin viherhiukkasissakin, sisäkalvon vastakkaisille puolille.

Varaukseltaan vastakkaismerkkisinä nämä hiukkaset alkavat vetää

toisiaan puoleensa.

Sisäkalvo on niin tiivis, etteivät elektronit ja protonit voi siirtyä sen läpi.

On vain yksi paikka, missä virtausliike on mahdollinen ja siinäkin vain

yhteen suuntaan. Paikka on ATP-syntetaasi. Tämän pohjatonta pulloa

muistuttavan proteiinin läpi sopivat ainoastaan protonit. Ne alkavatkin

virrata menettämiensä elektronien luo. Protonien liike saa ATP-

syntetaasin pesäosan pyörimään (periaate on sama kuin

vesivoimalassa). Tällöin pesän ja kaulan rajapinnassa ADP ja P

yhdistyvät jälleen uudeksi ATP:ksi.

Elektroninsiirtäjiä tarvitaan kokonainen joukko. Suurin osa niistä on

proteiineja, eivät kuitenkaan aivan kaikki. Elektroninsiirtäjiä kutsutaan

usein myös sytokromeiksi.

Elektroninsiirtäjiä voi ajatella joukoksi taskuvarkaita, joista yksi ensin

varastaa uhrin (vetyatomin) lompakon (elektronin). Lompakko

toimitetaan taskuvarkaalta seuraavalle ja taas seuraavalle jne. Uhri

päätyy nopeasti kokonaan eroon lompakostaan (protoni elektronistaan).

Edellä kuvatun kaltaisia ATP:n tuotantolinjoja viherhiukkasten ja

mitokondrioiden sisäkalvot ovat täpötäynnä. Tuotantotavan virallinen

nimi on kemiosmoosi (Chemiosmosis). Myös nimeä oksidatiivinen

fosforylaatio käytetään. Näpyttele nimitykset jollekin hakupalvelimelle,

niin saat varmasti tutkittaviksesi paljon aihetta sivuavia tiedostoja.

Viherhiukkasissa, toisin kuin mitokondrioissa, elektroninsiirtäjistä

ensimmäisenä on väriltään vihreitä klorofylli- eli lehtivihreämolekyylejä.

Ne ovat ryhmittyneet hieman lautasantennia muistuttaviksi 200 – 300

molekyylin suuruisiksi ryhmiksi.

Jokaisen yksittäisen lehtivihreämolekyylin keskellä on magnesium-

atomi. Edellä mainitun 200 – 300 molekyylin kokoisen

lehtivihreämolekyyliryhmän keskellä on yksi lehtivihreämolekyylipoloinen.

Tämän ”muiden saartamaksi joutuneen” lehtivihreämolekyylin sisältämän

magnesium-atomin yksi elektroni virittyy auringon valon vaikutuksesta.

Virittyminen tarkoittaa tapahtumaa, jossa elektroni siirtyy kauaksi

atomiytimestään. Kaukana harhaileva magnesiumin elektroni napataan

elektroninsiirtoketjuun. Lehtivihreä ei kuitenkaan tyydy tilanteeseensa,

vaan panee vahingon kiertämään ottamalla uuden elektronin

vesimolekyylin sisältämiltä vetyatomeilta, kummaltakin vuorollaan. Nämä

uudetkin elektronit joutuvat kuitenkin nopeasti elektroninsiirtoketjun

vietäviksi.

Tässä rytäkässä vesimolekyyli hajoaa happiatomiksi, kahdeksi protoniksi

ja kahdeksi elektroniksi. Elektronit päätyvät elektroninsiirtoketjuun ja

protonit ATP-syntetaasia pyörittämään. Kun vesimolekyylejä on hajonnut

kaksi, tuloksena on yksi happimolekyyli. Se vapautuu ilmaan meidän

hengitettäväksemme.

ATP:tä ei siis tehdä (sokerin tai veden sisältämistä) protoneista, mutta

protonit kylläkin pyörittävät ”konetta”, joka tekee ATP:tä. ATP:n raaka-

aineita (siis RNA-nukleotideja) me toisenvaraiset eliöt saamme syömällä.

Kasvit ovat tässäkin asiassa omavaraisia. Ne nimittäin saavat ATP:n

raaka-aineet maaperän ravinteista ja tuottamistaan sokereista.

Yhteyttäminen ja soluhengitys erikseen ja yhdessä, osina ja

kokonaisuutena, aarghh!

Olemme tähän mennessä todenneet, että yhteyttäminen ja soluhengitys

ovat tiiviisti toisistaan riippuvaisia tapahtumia. Tarkennamme nyt

näkökulmaamme selvittämällä lähemmin, millaisista osareaktioista

molemmat tapahtumasarjat koostuvat. Alla kuvassa 20 on nimetty

reaktiokulkujen keskeisimmät vaiheet (numerot 1 – 3) sekä osoitettu

keskeisten raaka-aineiden ja lopputuotteiden virtaussuunnat (paksut

nuolet). Vertaa aineiden virtaussuuntia edellä olleissa kuvissa 12 ja 14

esitettyihin. Pane merkille, että tämä kaavio itse asiassa on vain astetta

seikkaperäisempi katsaus kuvien 12 ja 14 esittämiin asioihin. Ennen

kaavioon uppoutumistasi kannattaa tiedostaa, että tarkasteltavissa

reaktioissa on seuraavat päävaiheet.

Yhteyttämiseen kuuluu kaksi päävaihetta:

1) valoreaktio

2) pimeärektio eli Calvinin kierto

Soluhengityksessä on kolme vaihetta:

1) glykolyysi

2) sitruunahappokierto eli Krebbsin kierto

3) ATP:n massatuotanto eli oksidatiivinen fosforylaatio

Käymme vaiheet läpi tässä järjestyksessä. Opintaipaleella karttanamme

toimivat alla olevat vielä edellistäkin tarkemmat esitykset (kuvat 22a,

22b, 22c ja 24). Kuvissa esiintyvien symbolien selitykset löydät kuvasta

21. Suosittelen, että tulostat kuvat 20, 21, 22a, 22b, 22c ja 24

paperille ennen kuin jatkat lukemistasi tämän pitemmälle. Kuvien

kirjasinkokokin on sen verran pieni, että ainakin pienikokoisemmalta

näyttöruudulta lukeminen on pahimmillaan mahdotonta.

Yhteyttäminen

1. Alkaa ATP-tuotannolla

Valoreaktio

2. Päättyy

sykliseen

reaktio-

kulkuun Pimeäreaktio

Tuloksena

sokeria

Soluhengitys

1. Alkaa glykolyysillä

2. Seuraavana

syklinen

reaktiokulku

(Krebsin kierto eli

sitruunahap-

pokierto)

3. Päättyy ATP-

tuotantoon (vaihetta

kutsutaan

oksidatiiviseksi

fosforylaatioksi ja

sen viimeinen vaihe,

vedyn palaminen,

kuluttaa happea)

Tuloksena vettä ja

ATP:tä (ATP menee

proteiinien

käyttöön)

Tuloksena

hiilidioksidia

Kuluttaa

vettä

Kuluttaa hiilidioksidia

Vapauttaa

happea

Kuluttaa sokeria

Kuva 20. Yhteyttäminen ja soluhengitys: keskeiset

vaiheet (numerot 1 – 3) ja raaka-ainevirrat.

ATP-syntetaasi

Lehtivihreä- eli klorofyllimolekyyli

Molekyyli, jonka rungon muodostaa

viisi hiiliatomia. Mustattu pallonen

(=hiiliatomi) on liitetty molekyyliin

viimeisimpänä.

Kuva 21. Merkkien selitykset koskien kuvia 22a, 22b ja 22c.

Elektroninsiirtäjäentsyymi

NADP, NAD ja FAD Vedynsiirtäjäentsyymejä

Yhteyttämisen valoreaktio

Seuraavassa kaaviossa (Kuvat 22a ja 22b) näet yhteyttämisreaktion kokonaisuudessaan. Kuvat esittävät samaa asiaa, mutta kuva 22a on hieman kuvaa 22b pelkistetympi. Kuvien yläreunassa esitetään tapahtumat, jotka toteutuvat viherhiukkasen sisäkalvon pinnalla. Tätä kutsutaan valoreaktioksi.

C6 H12 O6 Sokeri Sokeria tuotetaan

soluhengitystä varten

Kuva 22a.

Yhteyttäminen

ADP

+

P

H+ e-

NADPH

2 x H2O

O2

H+

e- e- e- e-

CO2

P P P

2 ADP

2 ATP

x 6 kpl

”Kelkka”

NADP

Valoreaktio

Pimeäreak-

tio eli

Calvinin

kierto

Happea O2 tarvitaan

soluhengityksen viimeiseen

vaiheeseen

Hiilidioksidi CO2 ja

vesi H2O ovat peräisin

mm. soluhengityksestä

P

ATP

2 kpl ATP:tä kuluu

”kelkan” fosforyloimiseen

Vettä

maa-

perästä

P

n x ATP

n x H2O

e- H+

H+ H+ H+

H+

H+ H+ n x O2

n x H

n x NADP + H

NADPH

vetyjä valoreaktiosta

Hiilidioksidia

CO2 ilmasta

P

”Kelkka” eli ribuloosi-bis-fosfaatti

P

P

Pimeäreaktio eli

Calvinin kierto

Valoreaktio

P

P

ADP

+ P

2 x ADP

P

P

2 x ADP

2 x ATP

”Kelkan” esiaste

P 5 kpl

P

P

Kuva 22 b.

Yhteyttäminen.

6 kpl = Sokeri (C6 H12 O6)

soluhengitystä varten

Valoreaktion aikana vesimolekyyli hajoaa auringon valon ja lehtivihreän

yhteisvaikutuksesta ja syntyy ATP:tä. Tapahtumasarjan kävimme läpi jo

edellä ATP:n syntytapaan tutustuessamme. Syntyvää ATP:tä

viherhiukkaset tulevat tarvitsemaan yhteyttämisen seuraavassa

vaiheessa: pimeäreaktiossa.

Valoreaktion lopussa “uudelleen syntyvät” vetyatomit ovat samoin

tärkeitä, sillä niitä tarvitaan pimeäreaktiossa sokereiden rakenneosiksi.

Vetyatomit eivät kulkeudu pimeäreaktioon itsestään, vaan ne kuljettaa

sinne molekyyli nimeltä NADP, selkokieliseltä nimeltään

vedynsiirtäjäentsyymi. Vedyllä lastattu vedynsiirtäjä on NADPH. Jos

sinulla olisi nuha, ja yrittäisit lausua sanan ”nappaa”, se kuulostaisi

suurin piirtein samalta kuin ”nadpaa”. NADP on vedynnappaaja

flunssassa!

Vilkaisepa kaaviosta valoreaktion kulku. Pane merkille, miten

vesimolekyylien sisältämät vetyatomit hajoavat protoneiksi ja

elektroneiksi lehtivihreämolekyylien kohdalla. Protoneita ja elektroneita

odottaa iloinen jälleennäkeminen valoreaktion lopussa vedynsiirtäjän

hellässä huomassa.

Sivuhuomiona mainittakoon, että vedynsiirtäjä NADP on ATP:n tapaan

rakenteeltaan nukleotidi. Asia on sikäli mielenkiintoinen, että yleensähän

entsyymit ovat proteiineja.

Yhteyttämisen pimeäreaktio

Edellä käsittelemämme valoreaktio tapahtuu tylakoidikalvostojen

pinnalla. Sen aikana protoneita kertyy tylakoiditilaan ja elektroneja

tylakoidikalvojen ulkopuolelle, stroomaan. Pimeäreaktio puolestaan

tapahtuu kokonaan stroomassa ja, nimestään huolimatta, valossa. Nimi

johtuu siitä, että koeolosuhteissa se saadaan tapahtumaan myös

pimeässä, jos vain ATP:tä ja NADPH:ta on tarjolla.

Pimeäreaktio on syklinen reaktiokulku. Syklin keskeltä poistuu reaktion

huipentuma: sokeri. Sokerit ovat hiilihydraatteja. Niissä on siis hiiltä ja

hydrogeniä (vedyn englanninkielinen nimi). Lisäksi sokereissa on

happea. Vety sokereihin saadaan valoreaktiosta. Hiili ja happi ovat

peräisin ilman sisältämästä hiilidioksidista.

Hiilidioksidi ei päädy sokeriin kokonaisena. Toinen hiilidioksidin

sisältämistä happiatomeista päätyy osaksi ”uudistuotantona”

muodostuvaa vesimolekyyliä (hiilidioksidista jää sokeria varten pelkkä

CO eli hiilimonoksidi, siis oikeastaan häkämolekyyli). Tämä vesimolekyyli

on merkitty kuvaan 22c valo- ja pimeäreaktion väliin kaavion oikeaan

reunaan (oikeasti vesi muodostuu vasta pimeäreaktion aikana). Kyseistä

vesimolekyyliä ei ole merkitty kuviin 22a ja b.

P

ATP

n x H2O

e- H+

H+ H+ H+

H+

H+ H+ n x O2

n x H

H

H

H H

2 x NADP + 2 x H

2 x NADPH

CO2

O

H2

H2O

CO

Hiilidioksidia

ilmasta

P

5 x C

6 x C

1 x C

P

P

Pimeäreaktio

Kuva 22c. Sokereiden C6H12O6 sisältämä hiili ja happi ovat peräisin

ilmassa olevasta hiilidioksidista. Pimeäreaktiossa CO2:sta

hyödynnetään hiilen lisäksi kuitenkin vain yksi happiatomi. Toinen

happiatomeista muodostaa vettä valoreaktiosta peräisin olevien

vetyatomien kanssa. NADP ei siis istuta kaikkia valoreaktiosta tulevia

vetyatomeja sokereiden osaksi, vaan osa vetyatomeista muodostaa

”uudisvettä” pimeäreaktion aikana (kuvaan asia on merkitty valo- ja

pimeäreaktion väliin).

Valoreaktiossa hajotetaan vettä ylimäärin. Siksi vetyatomeja riittää

molempiin käyttötarkoituksiin.

Värikoodien selitykset: vihreä = vedestä peräisin, punainen = CO2:sta

peräisin.

Valoreaktio

Pimeäreaktion alku- ja lopputuote on kaaviooni merkitty laatikkona, jonka

alla kuvissa 22a ja 22b lukee sana ”kelkka”. Laatikko kuvaa molekyyliä,

jonka runkona on viisi hiiliatomia (ympyrät). Palkin molemmissa päissä

on kirjain P. P kuvaa ATP:stä saatua fosfaattiryhmää.

Fosfaattiryhmät ovat tärkeitä, siksi, että ne toimivat houkuttimina

hiilidioksidille ja vetyatomeille. Kun nämä kiinnittyvät kelkan toiseen

päähän (musta ympyrä), houkuttimena toiminut fosfaattiryhmä P irtoaa.

Se siirtyy takaisin valoreaktioon odottamaan vuoroaan päästä uudelleen

ATP:n rakenneosaksi.

Kelkkaan kiinnittyneenä on vielä toinenkin fosfaattiryhmä. Sitä tarvitaan

sokereiden kokoamisessa syklisen osan jälkeen.

Kuvaamassamme mallissa sokerit kootaan yhden hiiliatomin mittaisista

pikkumolekyyleistä. Kokoamisvaiheessa pikkumolekyylit saadaan

kiinnittymään toisiinsa vain fosfaattiryhmien avulla. Siksi sokeriin

(kuusihiiliatominen C6H12O6 molekyyli) päätyvän pikkumolekyylin

kyljessä roikkuu edelleen fosfaattiryhmä P. Valmiissa sokerimolekyylissä

fosfaattiryhmiä olisi jäljellä vain yksi. Loput fosfaatit ovat päätyneet

takaisin valoreaktioon odottamaan pääsyä uusien ATP-molekyylien

rakenneosiksi.

Kelkan sisältämät fosfaattiryhmät ovat siis peräisin valoreaktion

tuottamista ATP-molekyyleistä. ATP:stä jäljelle jääneet ADP:t siirtyvät

nekin valoreaktioon ATP-syntetaasin luo heti kelkan rakennusvaiheen

(fosforyloinnin) jälkeen.

Tarkastelemamme malli seuraa hiilidioksidimolekyylin ja vetyatomien

kohtaloita pimeäreaktion aikana. Käsittelytapa havainnollistaa reaktion

yleistä periaatetta (=sokereiden sisältämä hiili on peräisin ilman

hiilidioksidista ja vety valoreaktiossa hajonneista vesimolekyyleistä).

Jos tarkastelet reaktiota muista lähteistä, huomaat, että niissä yleensä

pimeäreaktio alkaa kolmen CO2-molekyylin samanaikaisella

istahtamisella kolmeen samanlaiseen kelkkamolekyyliin. Näissä

malleissa myös kierrosta poistuvat sokerit ovat aluksi kolmen hiiliatomin

mittaisia ns. triooseja. Trioosien muodostumisen ymmärrät, jos vertaat

pimeäreaktiota sirkuksen jonglööriin, joka heittelee samanaikaisesti

kolmea (hiili)palloa. Samaten, kun hän lopettaa pallotemppunsa, hän

asettaa kerralla kaikki kolme palloa sivuun.

Alla (kuva 23) näet kelkkamolekyylin virallisen rakennekaavan. Oikealta

nimeltään kelkka on ribuloosi-bis-fosfaatti. Etsi rakennekaavasta

hiiliatomit (viisi kappaletta) ja fosfaattiryhmät (kaksi kappaletta) ja vertaa

rakennemallia omaan malliimme ribuloosi-bis-fosfaatista (= kelkka). Jos

molekyylimallit alkavat sinua kiinnostaa, löydät niitä näpyttelemällä mihin

tahansa hakupalvelimeen sanat “dark reaction” tai “Calvin-Benson

Cycle”.

PO3H-

PO3H-

O

O CH2

CH2

C O

C

C

OH

OH

H

H

Kuva 23. Ribuloosi – bis - fosfaatin

rakennekaava

Esityksessämme ei näy, että pimeäreaktiossa kiertävää molekyyliä

muokataan moneen otteeseen reaktiokulun aikana. Muokkauksesta

vastaa joukko proteiineja. Jokainen pieni muutos kohdemolekyylin

rakenteessa on jonkin yksittäisen proteiinin toiminnan tulosta. Koska

kyseessä ovat proteiinit, niiden rakenneohjeet on tallennettu solun

sisältämään DNA:han geeneinä. Nämäkin proteiinit tuotetaan

läpikäymällä kaikki tavanomaiset proteiinisynteesin vaiheet.

Soluhengityksen yleispiirteitä (I)

P

Sokeri C6 H12 O6

ADP +

P

ATP

H+ e-

H

H+

e- e- e- e-

Kuva 24. Soluhengitys

”Kelkka”

CoA CoA

CoA

CO2

NADH

NADH

Krebsin kierto eli

sitruunahappo-kierto

NADH NADH

NAD

FAD

O2

Happi peräisin

yhteyttämisen valoreaktiosta

Syntyvä vesi mm.

yhteyttämiseen

valoreaktion

käyttöön

NAD ja FAD

palaavat hakemaan

uusia vetyatomeita

H2O

Glykolyysi

FADH2

NADH

CO2

CO2 CO2

Soluhengityksen tavoitteena on käsitellä sokerimolekyylejä tavalla, jonka

tuloksena voidaan tuottaa mahdollisimman paljon ATP:tä. Koska ATP:n

tuottamiseen tarvitaan vetyatomeita, kohdistuu vaivannäkö reaktioissa

nimenomaan sokerimolekyylin sisältämien vetyatomien irrottamiseen

(siniset nuolet).

Koska vetyatomien irrottaminen tapahtuu eri paikassa (mitokondrion

matriksissa) kuin ATP:n tuottaminen (mitokondrion sisäkalvolla),

tarvitaan täälläkin vedyn kuljettamiseen erikoistuneita

vedynsiirtäjäentsyymeitä. Mitokondriossa niitä on kaksi eri nimistä: FAD

ja NAD (leikillisesti fatsit ja muut natsit, hii!). FAD kuljettaa mukanaan

peräti kahta vetyatomia: vedyillä lastattuna se on siis FADH2. Molemmat

mainitut vedynsiirtäjät ovat rakenteeltaan nukleotideja, aivan kuten oli

yhteyttämisessä esiintyvä vedynsiirtäjä NADP:kin.

Soluhengityksessä etenevää sokerimolekyyliä muokataan reaktiokulun

aikana siten, että molekyylin toiseen päähän syntyy useampaan

otteeseen karboksyyliryhmänä tunnettu molekyylirakenne COOH.

Rakenne tuli aiemminkin tutuksi myös aminohappojen osana.

Karboksyyliryhmää erikseen tuijottamalla on helppoa havaita, että siinä

on selvästi kuin tarjottimella ainekset hiilidioksidimolekyyliin (CO2 eli

COO) ja yhteen vetyatomiin (H). Karboksyyliryhmästä napattuja

vetyatomeja kuljettavat vedynsiirtäjät on merkitty kuvaan 24 punaisella,

samoin karboksyyliryhmästä peräisin olevat hiilidioksidimolekyylit CO2.

Soluhengityksestä vapautuva hiilidioksidi ei synny palamisen tuloksena,

vaan se irtoaa karboksyyliryhmästä sellaisenaan. Emme siis

hengittäessämme puhalla ulos palanutta hiiltä, vaan karboksyyliryhmien

rääseitä, jehh! Tätä asiaapa ei kovin moni tässä maailmassa tiedäkään.

Karboksyyliryhmiä ei omaan kaavioomme ole merkitty. On kuitenkin

hyvä tiedostaa niiden olemassaolo ja merkitys.

Kuvassa 24, suoraan kelkan alapuolella olevat NADH ja FADH2, on

korostettu vihreällä värillä. Nämä viimeistelevät sitruunahappokiertoon

tarvittavan kelkkamolekyylin (oksaloasetaatin) valmiiksi. Näissä kohdissa

ei muodostu enää CO2:ta.

Soluhengitys alkaa glykolyysistä (I)

Soluhengitykseen saapuva sokerimolekyyli on yleensä rypälesokeri eli

glukoosi. Glukoosi on rungoltaan kuuden hiiliatomin (laatikossa olevat

mustat ympyrät) mittainen molekyyli. Glukoosi hajotetaan ensin kahdeksi

kolmen hiiliatomin mittaiseksi molekyyliksi, palorypälehapoksi. Tätä

glukoosin “lysähtämistä” kahdeksi kappaleeksi kutsutaan glykolyysiksi.

Jo glykolyysin aikana glukoosimolekyylistä saadaan talteen kaksi

vetyatomia, jotka NAD kuljettaa mitokondrion sisäkalvolle ATP-

syntetaasin käyttövoimaksi.

Glykolyysi tapahtuu, vaikka solu kärsisi hapen puutteesta. Tällöin tosin

palorypälehappomolekyylit muuttuvat maitohapoksi. Tämäkin on

kolmen hiiliatomin mittainen molekyyli. Glukoosin hyödyntäminen

pysähtyy hapen puuttuessa tähän. Maitohappo jäykistää ja kipeyttää

lihakset.

Glykolyysi tapahtuu solulimassa, ei siis vielä mitokondrioiden sisällä.

Sitruunahappokierto eli Krebbsin kierto (I)

Jos happea on tarjolla, palorypälehappomolekyyleistä irrotetaan yksi

hiilidioksidimolekyyli kummastakin (molekyylin päässä olevasta

karboksyyliryhmästä tietenkin, hää). Jäljelle jäävä kahden hiiliatomin

mittainen molekyyli liitetään jatkoksi molekyyliin nimeltä koentsyymi-A.

Kirjallisuudessa koentsyymi-A lyhennetään yleensä CoA.

Sitruunahappokierto on soluhengityksen syklinen osa. Se tapahtuu

mitokondrioiden matriksissa eli sisimmässä ontelotilassa.

Sitruunahappokierron kelkkamolekyylinä on oksaloasetaatti. Se on

rungoltaan neljän hiiliatomin mittainen (valkoiset ympyrät). Yhdestä

glukoosimolekyylistä riittää lastia kahteen kelkkamolekyyliin (kaksi

hiiliatomia kummastakin palorypälehappomolekyylistä). Kaaviossamme

sitruunahappokierto on esitetty vain yhden kelkkamolekyylin osalta.

Sitruunahappokierrossa kulkevasta molekyylistä irroitetaan vetyatomeja.

Samalla vapautuu hiilidioksidia. NADit ja FAD toimittavat vedyt

soluhengityksen viimeiseen vaiheeseen ATP:n tuotantolinjalle.

Jos vertaat kelkkailutapahtumaa yhteyttämisen pimeäreaktion ja

sitruunahappokierron kesken, havaitset, että sitruunahappokierrossa ei

tarvita fosfaattiryhmiä kiinnittämään sokerista tulevaa pikkumolekyyliä

kelkkamolekyyliin. Istuttamisesta huolehtii koentsyymi-A. Se selviytyy

tehtävästä ilman fosfaattiryhmiäkin.

ATP:n tuotanto eli oksidatiivinen fosforylaatio (I)

Soluhengityksen päätteeksi syntyy ATP:tä meille jo tutuksi tulleella

tavalla. ATP-tuotannosta vapautuvat vetyatomit poltetaan. Tuloksena

syntyy vettä. Samalla vapautuu lämpöä, joka on eliöille hyödyllistä.

On jokseenkin kiinnostavaa, että ainoa aine, jota elimistössämme

poltetaan onkin vety. Se ei siis ole hiili, jota hiilidioksidimolekyyleinä

puhallamme keuhkoistamme uloshengityksemme aikana. Elimistömme

energiahuolto toimii sokereista saatavien vetyatomien voimalla.

Vedynsiirtäjäentsyymit kiertävät jatkuvasti hakemassa

sitruunahappokierrosta uusia vetyatomeja mitokondrion sisäkalvon ATP-

tuotantolinjan käyttöön.

Soluhengityksen jokaista vaihetta katalysoi jokin proteiini. Jo yksin

glykolyysiin sisältyy ainakin kaksitoista eri vaihetta.

Vertaa lopuksi vielä kerran CO2:n, H2O:n, sokerin ja hapen kohtaloita

molekyylitason esityksessä ja yksilötason esityksessä (kuvan 12 kukka

ja hämähäkki). Pidä mielessäsi, että kyseessä ovat samat ilmiöt.

Esityksiä erottaa vain tarkkuus, jolla asioihin on paneuduttu.

Yhteenveto hiili-, vety- ja happiatomien lukumääristä ja kohtaloista

Yhteyttämisessä…

Yhteyttäminen tuottaa sokereita C6 H12 O6. Hiiltä ja happea saadaan

yhtä paljon, kun jokaisesta hiilidioksidimolekyylistä ”lempataan” pois

toinen sen sisältämistä happiatomeista: CO2 → CO + O. Kuusi

hajonnutta CO2-molekyyliä tarjoaa aina tarpeeksi hiiltä ja happea yhtä

sokerimolekyyliä varten. Vapautuvat kuusi happiatomia yhtyvät

valoreaktiosta peräisin oleviin vetyatomeihin muodostaen kuusi

molekyyliä vettä 6 x H2O (Kuva 22c).

Yhteyttämisessä NADP-vedynsiirtäjät kuljettavat kukin vain yhtä

vetyatomia mukanaan. NADPH:ta tarvitaankin 12 kappaletta yhden

sokerimolekyylin, C6 H12 O6, tekemiseen.

… ja soluhengityksessä…

Huomaa, että kuvassa 24 glykolyysi on esitetty kummankin

palorypälehapon (kolmen hiiliatomin mittaiset molekyylit) osalta, mutta

sitruunahappokierto näkyy kuvassa vain kerran. Siksi

sitruunahappokierrosta poistuvien CO2-molekyylien ja vedynsiirtäjien

määrä tulee kertoa kahdella, jotta alkuaineatomien lukumäärät saadaan

täsmäämään.

Glykolyysissä muodostuu kaksi CO2-molekyyliä ja kaksi NADH:ta.

Yhteensä siis 2 hiili-, 2 vety- ja 4 happiatomia.

Sitruunahappokierrossa muodostuu yhden kierroksen aikana 2 kpl

CO2:ta, 3 kpl NADH:ta, yksi FADH2 (jokainen FAD siis kuljettaa

mukanaan aina kahta vetyatomia). Koska sitruunahappokierto tapahtuu

kummallekin sokerinpuolikkaalle erikseen, on nämä määrät kerrottava

kahdella. Lopputulos sitruunahappokierrosta siis on 4 hiili-, 10 vety- 8

happiatomia.

Kun lasketaan yhteen glykolyysistä ja sitruunahappokierrosta poistuvat

alkuainetatomit, saadaan 6 hiili-, 12 vety- ja kuusi happiatomia, siis C6

H12 O6 eli sokerimolekyyli. Ja sokerithan ne ovat soluhengityksen

lähtöaine!

.

Energia-aineenvaihdunnan yhteydessä kannattaa muistella myös

haimaa (V)

Haima säätelee elimistömme sokeritasapainoa. Säätely perustuu

haimasolujen tuottamiin kahteen proteiinirakenteiseen hormoniin:

insuliiniin ja glukagoniin. Sokeritasapainon säätelystä saat hyvän

käsityksen tutkimalla vaikkapa WSOY:n biologian oppikirjasarjan osaa

Ihminen.

Insuliini vaikuttaa kohdesoluihinsa siten, että solujen sisällä olevat

sokerikanavaproteiinit siirtyvät solukelmulle. Tällöin sokeri pääsee

siirtymään solun sisälle, missä se jatkaa matkaansa soluhengityksen

raaka-aineeksi mitokondrioihin.

Sokeritaudissa eli diabeteksessa insuliinia erittyy liian vähän tai se ei

vaikuta. Tällöin sokeri jää ajelehtimaan solujen ulkopuolelle eikä

soluhengitys pääse tapahtumaan täydellä teholla. Elimistön proteiinit

alkavat kärsiä ATP:n puutteesta ja muuttuvat toimintakyvyttömiksi. Ei

ihme, että sokeritautipotilas tuntee olonsa heikoksi.

Nuoruustyypin sokeritauti on autoimmuunisairaus (III)

Sokeritaudista tunnetaan kaksi päämuotoa: nuoruus- ja aikuistyypin

sokeritauti. Nuoruustyypin sokeritauti on autoimmuunisairaus.

Autoimmuunisairauksissa elimistön oma puolustusjärjestelmä alkaa

tuhota elimistön omia kudoksia. Muita autoimmuunisairauksia ovat

nivelreuma, astma ja ms-tauti. Jos aihepiiri tuntuu kiinnostavalta, sinun

kannattaa käydä maistelemassa immunologiaa käsittelevää

tiedostoamme biologian neloskurssista.

Ja tähän vihdoin päättyykin vähemmän pintapuolinen katsauksemme elämän energiatalouden salaisuuksista!