elollisten energiantarve

Hus!

nämä kauniit rekikoirat ovat aineenvaihdunnan ihme. Juostessaan jopa 100 mailia päivässä he kuluttavat ja polttavat kukin noin 12 tuhatta kaloria — noin 240 kaloria kiloa kohti päivässä, mikä vastaa noin 24 Big Macia! Ihmisen kestävyysurheilija sen sijaan polttaa tyypillisesti vain noin 100 kaloria kiloa kohden päivässä. Tutkijoita kiehtoo rekikoirien hämmästyttävä aineenvaihdunta, vaikka he eivät ole vielä selvittäneet, miten ne kuluttavat niin paljon energiaa. Mutta yksi asia on varma: kaikki elävät olennot tarvitsevat energiaa kaikkeen mitä tekevät, oli se sitten juoksemista tai silmien räpyttelyä. Itse asiassa jokainen kehosi solu tarvitsee jatkuvasti energiaa vain peruselinprosessien suorittamiseen. Tiedät varmaan, että saat energiaa syömästäsi ruoasta, mutta mistä ruoka tulee? Miten se tulee sisältää energiaa? Entä miten solusi saavat energiaa ruoasta?

Mitä On Energia?

tieteessä energia määritellään työkyvyksi. Elollisissa voi usein nähdä työssään energiaa: lintu lentää ilmassa, tulikärpänen hohtaa pimeässä, koira heiluttaa häntäänsä. Nämä ovat ilmeisiä tapoja, joilla elävät olennot käyttävät energiaa, mutta elävät olennot käyttävät jatkuvasti energiaa myös vähemmän ilmeisillä tavoilla.

miksi elolliset tarvitsevat energiaa

kaikkien elollisten jokaisen solun sisällä energiaa tarvitaan elollisten prosessien suorittamiseen. Energiaa tarvitaan molekyylien hajottamiseen ja muodostamiseen sekä monien molekyylien kuljettamiseen plasmakalvojen yli. Kaikki elämäntyö tarvitsee energiaa. Paljon energiaa myös yksinkertaisesti katoaa ympäristöön lämpönä. Elämäntarina on kertomus energiavirrasta-sen vangitsemisesta, muodon muutoksesta, sen käyttämisestä työhön ja sen häviämisestä lämpönä. Energiaa (toisin kuin ainetta) ei voida kierrättää, joten eliöt tarvitsevat jatkuvaa energiapanosta. Elämä pyörii kemiallisella energialla. Mistä elävät organismit saavat tätä kemiallista energiaa?

miten eliöt saavat energiaa

eliöiden tarvitsema kemiallinen energia tulee ruoasta. Ruoka koostuu orgaanisista molekyyleistä, jotka varastoivat energiaa kemiallisiin sidoksiinsa. Eliöitä on kahta tyyppiä: autotrofeja ja heterotrofeja.

autotrofit

autotrofit ovat eliöitä, jotka sieppaavat energiaa elottomista lähteistä ja siirtävät tämän energian ekosysteemin elävään osaan. Ne pystyvät myös tekemään itse ruokansa. Useimmat autotrofit käyttävät auringonvalon energiaa ravinnon valmistamiseen fotosynteesissä. Vain tietyt eliöt — kuten kasvit, levät ja jotkin bakteerit — voivat tuottaa ravintoa yhteyttämällä. Alla olevassa kuvassa on esitetty joitakin yhteyttäviä eliöitä.

autotrofeja kutsutaan myös tuottajiksi. Ne tuottavat ruokaa paitsi itselleen, myös kaikille muille elollisille (eli kuluttajille). Tämän vuoksi autotrofit muodostavat ravintoketjujen perustan, kuten alla oleva ravintoketju.

heterotrofit

heterotrofit ovat elollisia, jotka eivät pysty tekemään omaa ravintoaan. Sen sijaan ne saavat ravintonsa syömällä muita eliöitä, minkä vuoksi niitä kutsutaan myös kuluttajiksi. Ne voivat kuluttaa autotrofeja tai muita heterotrofeja. Heterotrofeja ovat kaikki eläimet ja sienet sekä monet yksisoluiset eliöt. Yllä olevassa kuvassa kaikki eliöt ovat kuluttajia lukuun ottamatta ruohoa. Mitä luulet, että kuluttajille tapahtuisi, jos kaikki tuottajat katoaisivat maapallolta?

Energiamolekyylit: glukoosi ja ATP

eliöt käyttävät kemialliseen energiaan pääasiassa kahdenlaisia molekyylejä: glukoosia ja ATP: tä. Molempia molekyylejä käytetään polttoaineina kaikkialla elollisessa maailmassa. Molemmat molekyylit ovat myös keskeisiä toimijoita fotosynteesissä.

glukoosi

glukoosi on yksinkertainen hiilihydraatti, jonka kemiallinen kaava on C6H12O6. Se varastoi kemiallista energiaa väkevässä, vakaassa muodossa. Elimistössäsi glukoosi on se energiamuoto, joka kulkeutuu veressäsi ja jonka kukin biljoonasoluistasi ottaa. Glukoosi on fotosynteesin lopputuote, ja se on lähes yleismaailmallista ravintoa elämälle.

ATP

ATP (Adenosiinitrifosfaatti) on energiaa kuljettava molekyyli, jota solut käyttävät energiaksi. Sitä käyttävät energiaksi kaikki solut useimmissa soluprosesseissa. ATP: tä syntyy fotosynteesin alkupuoliskolla ja sen jälkeen sitä käytetään energiaksi fotosynteesin loppupuoliskolla, jolloin muodostuu glukoosia. ATP vapauttaa energiaa luovuttaessaan yhden kolmesta fosfaattiryhmästään (Pi) ja muuttuessaan ADP: ksi (adenosiinidifosfaatti, jossa on kaksi fosfaattiryhmää), kuten alla olevasta kuvasta näkyy. Näin ATP: n hajoaminen ADP + Pi: ksi on katabolinen reaktio, joka vapauttaa energiaa (eksoterminen). ATP: tä valmistetaan ADP: n ja Pi: n yhdistelmästä, anabolisesta reaktiosta, joka vie energiaa (endoterminen).

miksi eliöt tarvitsevat sekä glukoosia että ATP: tä

miksi elävät olennot tarvitsevat glukoosia, jos ATP on molekyyli, jota solut käyttävät energiaksi? Mikseivät autotrofit tee ATP: tä? Vastaus on ” pakkauksessa.”Glukoosimolekyyli sisältää enemmän kemiallista energiaa pienemmässä ”pakkauksessa” kuin ATP-molekyyli. Glukoosi on myös ATP: tä stabiilimpi. Siksi glukoosi on parempi energian varastointiin ja kuljettamiseen. Glukoosi on kuitenkin liian voimakas solujen käyttöön. ATP taas sisältää juuri oikean määrän energiaa solujen elämän prosessien voimanlähteeksi. Näistä syistä elolliset tarvitsevat sekä glukoosia että ATP: tä.

kuinka energia virtaa elollisten läpi

energian virtaus elävien eliöiden läpi alkaa fotosynteesillä. Tämä prosessi varastoi auringonvalon energiaa glukoosin kemiallisiin sidoksiin. Rikkomalla glukoosin kemiallisia sidoksia solut vapauttavat varastoituneen energian ja tuottavat tarvitsemaansa ATP: tä. Prosessia, jossa glukoosi hajoaa ja ATP: tä muodostuu, kutsutaan soluhengitykseksi.

fotosynteesi ja soluhengitys ovat kuin saman kolikon kaksi puolta. Tämä käy ilmi alla olevasta kuvasta. Toisen prosessin tuotteet ovat toisen reagantteja. Yhdessä nämä kaksi prosessia varastoivat ja vapauttavat energiaa eläviin organismeihin. Nämä kaksi prosessia toimivat yhdessä myös hapen kierrättämiseksi Maan ilmakehässä.

Yhteenveto

• energia on työkykyä. Sitä tarvitsevat kaikki elolliset ja jokainen elävä solu suorittamaan elämän prosesseja, kuten hajottamaan ja rakentamaan molekyylejä ja kuljettamaan monia molekyylejä solukalvojen yli.
• elollisten näihin prosesseihin tarvitsema energiamuoto on kemiallinen energia, joka tulee ravinnosta. Ruoka koostuu orgaanisista molekyyleistä, jotka varastoivat energiaa kemiallisiin sidoksiinsa.
• autotrofit tekevät itse ruokansa. Esimerkiksi kasvit valmistavat ravintoa yhteyttämällä. Autotrofeja kutsutaan myös tuottajiksi.
• heterotrofit saavat ravintoa syömällä muita eliöitä. Heterotrofeja kutsutaan myös kuluttajiksi.
• eliöt käyttävät energiakseen pääasiassa molekyylejä glukoosia ja ATP: tä. Glukoosi on kompakti, vakaa energiamuoto, joka kulkeutuu veressä ja jota solut ottavat. ATP sisältää vähemmän energiaa ja sitä käytetään solujen prosessien voimanlähteenä.
• energian virtaus elollisten läpi alkaa fotosynteesillä, jolloin syntyy glukoosia. Soluhengitykseksi kutsutussa prosessissa eliöiden solut hajottavat glukoosia ja tuottavat tarvitsemaansa ATP: tä.

arvostelu

1. Määrittele energia.

2. Miksi elävät olennot tarvitsevat energiaa?

3. Vertaile ja vertaa kahta perustapaa, joilla eliöt saavat energiaa.

4. Kuvaile energiamolekyylien glukoosin ja ATP: n roolit ja suhteet.

5. Tee yhteenveto siitä, miten energia virtaa elävien olentojen läpi.

6. Selitä, miksi ihmiskehon käyttämä energia tulee lopulta auringosta.

7. Tosi tai epätosi: jotkut ihmiset (kuten kasvissyöjät) ovat autotrofeja.

8. Tosi tai epätosi: glukoosi varastoi kemiallista energiaa sidoksiinsa.

9. Tuottajia kutsutaan myös ______________ .

10. Kuluttajia kutsutaan myös______________ .

11. Mikä seuraavista varastoi kemiallista energiaa?

a. ATP

b. glukoosi

c. mikään edellä mainituista

d. sekä A että B

12. Mitkä seuraavista eivät ole heterotrofeja?

a. sienet (sienet)

B. lehmät

C. maissi

d. sekä A että C