Created by: CK-12/Adapted by Christine Miller
nämä kauniit rekikoirat ovat aineenvaihdunnan ihme. Juostessaan jopa 160 kilometriä (noin 99 mailia) päivässä he kuluttavat ja polttavat kukin noin 12 tuhatta kaloria — noin 240 kaloria kiloa kohti päivässä, mikä vastaa noin 24: ää Big Macia! Ihmisen kestävyysurheilija sen sijaan polttaa tyypillisesti vain noin 100 kaloria paunalla (0,45 kg) 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?
tiedemaailmassa 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 kaappaavat 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. Jotkin fotosynteettiset organismit on esitetty kuvassa 4.9.2.
 |
 |
 |
| Kuva 4.9.2 fotosynteettiset autotrofit, jotka valmistavat ravintoa auringonvalon energialla, sisältävät kasvit (vasemmalla), levät (keskellä) ja tietyt bakteerit (oikealla). |
autotrofeja kutsutaan myös tuottajiksi. Ne tuottavat ruokaa paitsi itselleen, myös kaikille muille elollisille (eli kuluttajille). Tämän vuoksi autotrofit muodostavat ravintoketjujen perustan, kuten kuvassa 4.9.3 esitetty ravintoketju.
ruokaketju näyttää, miten energia ja aine virtaavat tuottajilta kuluttajille. Materiaa kierrätetään,mutta energiaa täytyy virrata järjestelmään. Mistä tämä energia tulee?
katso videolta ”the simple story of photosynthesis and food – Amanda Ooten” lisätietoja fotosynteesistä:
the simple story of photosynthesis and food-Amanda Ooten, TED – Ed, 2013.
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. Kuvassa 4.9.3, kaikki organismit ovat kuluttajia paitsi ruoho ja kasviplankton. 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. Kuvassa 4.9.4 näet, miten fotosynteesi varastoi energiaa auringosta glukoosimolekyyliin ja kuinka soluhengitys rikkoo glukoosin sidokset energian saamiseksi.
ATP
jos muistat kohdasta 3.7 nukleiinihapot, ATP (Adenosiinitrifosfaatti) on energiaa kuljettava molekyyli, jota solut käyttävät valtaansa useimmissa soluprosesseissa (hermoimpulssien johtuminen, proteiinisynteesi ja aktiivinen kuljetus ovat hyviä esimerkkejä soluprosesseista, jotka luottavat ATP: hen energianlähteenään). 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 kuvassa 4.9.5 on esitetty. 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 elolliset 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 näkyy kuvassa 4.9.6. 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.
- energia on kykyä tehdä työtä. 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.
- Määrittele energia.
- miksi elolliset tarvitsevat energiaa?
- vertaa ja vertaa kahta perustapaa, joilla eliöt saavat energiaa.
- kuvaa energiamolekyylien glukoosin ja ATP: n roolit ja suhteet.
- summaa, miten energia virtaa elollisten läpi.
- miksi ATP: n muuntuminen ADP: ksi vapauttaa energiaa?
Opi biologiaa: Autotrophs vs. Heterotrophs, Mahalodotcom, 2011.
Energy Transfer in trofia Levels, Teacher ’ s Pet, 2015.
käyttöön otetut määrät
Kuva 4.9.1
kolme lentäjää osallistuu Yhdysvaltain ilmavoimien koiravaljakon tutkimusmatkalle kuvaaja Tech. Kersantti Dan Rea on julkaistu julkisuuteen (https://en.wikipedia.org/wiki/Public_domain).
Kuva 4.9.2
- Plant by REN Ran on Unsplash on käytössä Unsplash-lisenssillä (https://unsplash.com/license).
- Flickr-sivuston Tristan Schmurrin viherlevää käytetään CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/) – lisenssillä.
- Argon National Laboratoryn Flickr: llä suorittamaa Syanobakteeria käytetään CC BY-NC-SA 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/) – lisenssillä.
Kuva 4.9.3
Biomass_pyramidi swiggityn toimesta.Swag.YOLO.Bro Wikipediassa on Christine Millerin käyttämä ja sovittama CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en) – lisenssillä.
Kuva 4.9.4
Christine Millerin fotosynteesiä ja hengitystä käytetään CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) – lisenssillä.
Kuva 4.9.5
Lady of Hats/ CK-12 Foundationin Valokuvasynteesiä ja soluhengitystä käytetään CC BY-NC 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) – lisenssillä.
©CK-12 Foundation 
• Käyttöehdot • nimeäminen LadyofHats/CK-12 Foundation. (2016, 15. elokuuta). Kuva 5: fotosynteesi ja soluhengitys . Teoksessa Brainard, J. ja Henderson, R., CK-12 ’ s College Human Biology FlexBook® (kohta 4.9). CK-12-säätiö. https://www.ck12.org/book/ck-12-college-human-biology/section/4.9/
Mahalodotcom. (2011, 14. Tammikuuta). Opi biologia: Autotrophs vs. heterotrophs. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=eDalQv7d2cs
Opettajan lemmikki. (2015, 23. maaliskuuta). Energian siirto trofiatasoilla. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=0glkXIj1DgE&feature=emb_logo
TED-Ed. (2013, 5. maaliskuuta). Yksinkertainen tarina fotosynteesistä ja ruoasta – Amanda Ooten. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=eo5XndJaz-Y&feature=youtu.be
kyky tehdä työtä.
elämän pienin yksikkö, joka koostuu ainakin kalvosta, sytoplasmasta ja geneettisestä materiaalista.
kaikki aineet, joita käytetään eliön ravitsemuksellisen tuen antamiseen.
eliö, joka tuottaa monimutkaisia orgaanisia yhdisteitä (kuten hiilihydraatteja, rasvoja ja proteiineja) ympäristössään olevista yksinkertaisista aineista käyttäen yleensä valon energiaa (fotosynteesi) tai epäorgaanisia kemiallisia reaktioita (kemosynteesi).
fotosynteesi on kasvien ja muiden eliöiden käyttämä prosessi, jossa valoenergia muutetaan kemialliseksi energiaksi, jota voidaan myöhemmin vapauttaa eliöiden toiminnan polttoaineeksi.
eliöt, jotka tekevät itse ruokansa. Ne saavat energiaa kemikaaleista tai auringosta, ja veden avulla ne muuttavat tuon energian käyttökelpoiseksi energiaksi sokerin eli ruoan muodossa. Yleisin esimerkki tuottajasta ovat kasvit.
eliö, joka ei pysty tuottamaan omaa ravintoaan, vaan turvautuu ravinnonsaantiin muista orgaanisen hiilen lähteistä, pääasiassa kasvi-tai eläinaineksesta. Ravintoketjussa heterotrofit ovat primääri -, sekundaari-ja tertiäärikuluttajia, mutta eivät tuottajia.
eliöt, jotka syövät eri populaation eliöitä tyydyttääkseen energiantarpeensa.
glukoosi (myös dekstroosi) on yksinkertainen sokeri, jonka molekyylikaava on C6H12O6. Glukoosi on runsain monosakkaridi, hiilihydraattien alaluokka. Glukoosia tuottavat pääasiassa kasvit ja useimmat levät fotosynteesin aikana vedestä ja hiilidioksidista auringonvalon energian avulla.
yksinkertaisin sokerimuoto ja alkeellisimmat hiilihydraattien yksiköt, joita kutsutaan myös yksinkertaisiksi sokereiksi.
monimutkainen orgaaninen kemikaali, joka tuottaa energiaa monien prosessien ajamiseen elävissä soluissa, esim. lihasten supistuminen, hermoimpulssien eteneminen ja kemiallinen synteesi. Kaikissa elämänmuodoissa ATP: tä kutsutaan usein solunsisäisen energian siirron ”molekyyliyksiköksi”.
joukko aineenvaihduntareaktioita ja prosesseja, jotka tapahtuvat eliöiden soluissa muuntamaan biokemiallista energiaa ravintoaineista adenosiinitrifosfaatiksi (ATP).