3 Eliökunnan luokittelu

Transkriptio

1 3 Eliökunnan luokittelu YO Biologian tehtävien vastausohjeista osa on luettelomaisia ja vain osa on laadittu siten, että ohjeen mukainen mallivastaus riittää täysiin pisteisiin esimerkiksi ylioppilaskokeessa. 1. Luokitteluun liittyviä käsitteitä a. Laji on luokittelun perusyksikkö. Samaan lajiin kuuluvat yksilöt voivat lisääntyä keskenään ja niiden jälkeläiset ovat lisääntymiskykyisiä. Esimerkiksi susi on laji. b. Pääjakso on eläinten korkein luokitteluyksikkö, ja pääjaksot yhdessä muodostavat eläinkunnan. Pääjakso on esimerkiksi niveljalkaiset. c. Mikrobilla tarkoitetaan pieneliötä, jonka näkemiseen tarvitaan mikroskooppi. Esimerkiksi bakteerit ovat mikrobeja. d. Kunta on eliöiden luokittelun ylin taso. Eliöt jaetaan kuuteen kuntaan, esimerkiksi eläimet on yksi kunta. e. Kaari on kasvien korkein luokitteluyksikkö. Esimerkiksi siemenkasvit on yksi kasvien kaari. f. Alkueliö on alkueliöiden kuntaan kuuluva yksi- tai monisoluinen eliö. Esimerkiksi levät ovat alkueliöitä. 2. Tuntematon eläinlaji Eläimen anatomian tarkastelu: millaiset raajat, onko selkärankaa, ihon rakenne, hengitys- ja verenkiertoelimistön rakenne, lisääntymiselimistön rakenne, luuston rakenne. Käyttäytymisen tutkiminen: liikkumistapa, miten kommunikoi. Lisääntymistapa: ulkoinen vai sisäinen siitos, missä poikaset kehittyvät. Proteiinien tutkiminen ja vertailu lähisukulaisiksi arveltuihin lajeihin. DNA:n rakenteen tutkiminen. Kromosomien tutkiminen. Kuvan eläinlaji kuuluu kaloihin ja on lajinimeltään Psychrolutes marcidus. (Englanninkielinen nimi blobfish, ei suomalaista nimeä.) Jakso 1 1 Solut ja Eliöt

2 3. Eläinkunnan pääjaksot a. 1. Järvisieni kuuluu sienieläinten pääjaksoon 2. Käärme kuuluu selkäjänteisiin 3. Kasteliero kuuluu nivelmatoihin 4. Mustekala kuuluu nilviäisiin 5. Rapu kuuluu niveljalkaisiin 6. Meritähti kuuluu piikkinahkaisiin. b. Sienieläimet ovat rakenteeltaan hyvin yksinkertaisia: ne koostuvat kahdesta solukerroksesta ja niiden välissä olevista erilaistumattomista soluista. Nivelmadoilla on tikapuumainen hermosto ja ruumiin etupäässä alkeelliset aivot. Verenkierto on suljettu, eikä niillä ole sydäntä, vaan verta eteenpäin kuljettavat sykkivät verisuonet. Hengityselimistönä toimii iho. Niveljalkaisille on tyypillistä kitiinistä koostuva ulkoinen tukiranka. Niillä on tikapuuhermosto, monipuoliset aistit ja avoin verenkierto. Vedessä elävä rapu hengittää kiduksilla, kun taas maaniveljalkaisten hengityselimistönä toimii ilmaputkisto. Selkäjänteisillä, kuten käärmeellä, on sisäinen tukiranka, joka koostuu selkäjänteestä ja sitä suojaavista nikamista. Kaikkien maaselkäjänteisten tapaan käärmeet hengittävät keuhkoilla. Nilviäisten verenkierto on avoin, ja esimerkiksi mustekalan hermosto ja aistit ovat hyvin kehittyneet. Nilviäisten pehmeä ruumis on usein kalkkikuoren suojaama. Piikkinahkaisilla on sisäinen, kalkkilevyistä koostuva tukiranka, ja niiden hermosto on säteittäinen. Piikkinahkaisten liikunta, ruuansulatusja hengityseliminä toimii vesiputkilosto ja siihen liittyvät imujalat. 4. Putkilokasvin ja lakkisienen vertailua (yo k-13) Termi tai rakenne Putkilokasvi Lakkisieni Soluseinä X X Selluloosa X Kitiini X Fotosynteesi X Soluhengitys X X Juuri X Johtojänne X Nila X Itiö X X Itiöemä X Emi X Autotrofia X Heterotrofia (X) X Mykorritsa X X Silmu X Ilmarako X Jakso 1 2 Solut ja Eliöt

3 5. Retro-RNA-viruksen lisääntyminen RetroRNA-virus pääsee isäntäsolun sisään, kun sen vaippa sulautuu isäntäsolun solukalvoon. Solun sisälle päästyään virus hajotetaan isäntäsolun entsyymien avulla. Virus kopioi mukanaan kuljettamansa käänteiskopioijaentsyymin avulla yksijuosteisen RNA:n kaksijuosteiseksi DNA:ksi. Viruksen DNA siirtyy tumaan, liittyy osaksi isäntäsolun DNA:ta ja isäntäsolu muuttuu virustehtaaksi. Kun isäntäsolu tekee kopioita viruksen RNA:sta, osa syntyneestä RNA:sta toimii uusien virusten perimänä ja osa lähetti-rna:na. Syntyvän virus-lähetti-rna:n ohjeen mukaan isäntäsolu valmistaa proteiinisynteesissään uusien virusten pintaproteiineja ja käänteiskopioijaentsyymejä. Syntyneet pintaproteiinit kuljetetaan rakkuloissa uusien virusten kokoamispaikalle. Uudet virukset kootaan ja eritetään ulos solusta eksosytoosin avulla. Ulos lähtiessään virukset ottavat ympärilleen vaipan, joka koostuu isäntäsolun solukalvosta ja viruksen pintaproteiineista. 6. Bakteerien ja virusten vertailua a. Bakteeri: Bakteereilla on solurakenne. Bakteerissa on solukalvo, soluseinä ja joskus soluseinän ulkopuolella myös kapseli. Perintöaines on DNA:ta, ja se on yhtenä kromosomina sekä plasmidirenkaina solulimassa. Suuret soluelimet ja solukalvorakenteet puuttuvat. Solulimassa on runsaasti ribosomeja, joiden pinnalla tapahtuu bakteerin proteiinisynteesi. Solukalvosta sisäänpäin poimuttuneella yhteyttämiskalvostolla tapahtuvat fotosynteesireaktiot ja soluhengityskalvostolla soluhengitysreaktiot. Virus: Viruksissa ei ole solurakennetta. Ne koostuvat proteiinikuoresta, jossa on pintaproteiineja. Proteiinikuoren sisällä on perintöaines, joka voi olla DNA:ta tai RNA:ta. Viruksen ulkopuolella on joskus vaippa, joka on peräisin isäntäsolusta. b. Bakteerit lisääntyvät suvuttomasti jakautumalla. Ennen jakautumista bakteerin perintöaines kahdentuu. Suotuisissa oloissa jakautuminen on hyvin nopeaa. Virukset lisääntyvät isäntäsoluissaan. Ne tunnistavat isäntäsolunsa sen solukalvon reseptorien perusteella. Virus tunkeutuu soluun ja muuttaa isäntäsolunsa virustehtaaksi. Kun solu tulee täyteen viruksia, se hajoaa. Jakso 1 3 Solut ja Eliöt

4 c. Sekä bakteereissa että viruksissa perinnöllistä muuntelua aiheuttavat geenimutaatiot ja rekombinaatio. Molemmissa resessiivisetkin geenimutaatiot ilmenevät heti, koska geeneiltä puuttuvat vastinalleelit. Bakteereissa rekombinaatiota tuottavat transformaatio, konjugaatio ja transduktio. Transformaatio tarkoittaa sitä, että bakteeri pystyy ottamaan sisäänsä kuolleen bakteerin plasmideja ja kromosomin paloja. Konjugaatiossa luovuttajabakteeri siirtää kahdentunutta perintöainestaan vastaanottajabakteeriin. Transduktiossa bakteriofagi eli bakteerissa lisääntyvä virus siirtää geenejä bakteerista toiseen. Virusten rekombinaatiota voi tapahtua silloin, jos samaan isäntäsoluun joutuu kaksi geenikoostumukseltaan erilaista virustyyppiä. Kun isäntäsolussa syntyy uusia viruksen osia ja ne kootaan viruksiksi, voi jonkin uuden viruksen sisälle tulla sellainen geeniyhdistelmä, jossa osa geeneistä on peräisin toiselta ja osa geeneistä toiselta alkuperäiseltä virukselta. 7. Eliöiden luokittelua (yo k-11) Kuva 1 Kuva 2 X X Kuva 3 Kuva 4 Kuva 5 Selkäjänteinen Selkärankainen Niveljalkainen X Piikkinahkainen Polttiaiseläin X Koppisiemeninen X Paljassiemeninen Itiökasvi X Aitotumallinen X X X X X Esitumallinen X Kuva 6 Jakso 1 4 Solut ja Eliöt

5 8. Lintuinfluenssan leviäminen a. b. c. Pandemialla tarkoitetaan maailmanlaajuista kulkutautia, esimerkkinä espanjantauti. Taudinaiheuttaja on sellainen, jota vastaan suurimmalla osalla ihmisistä ei ole immuniteettia, ja siksi sekä tautiin sairastuneita että kuolleita on paljon. Lintuinfluenssaa on sekä luonnonvaraisissa että ravinnoksi kasvatettavissa linnuissa. Virus siirtyy linnusta toiseen esimerkiksi sellaisen veden mukana, jossa on lintujen ulosteita. Luonnonvaraiset linnut kuljettavat lintuinfluenssan uusille alueille muuttaessaan talvehtimispaikoilta kesäasuinsijoilleen, esim. Lähi-idästä Eurooppaan. Aasian maissa asutus on hyvin tiheää, ja ravinnoksi kasvatettavia lintuja pidetään samoissa tiloissa, missä ihmisetkin oleskelevat, joten lintuinfluenssalla on otolliset olosuhteet siirtyä myös ihmisiin. Huono hygienia esimerkiksi kuolleiden lintujen käsittelyssä edistää taudin leviämistä. Tällä hetkellä lintuinfluenssavirus voi ihmiseen tarttuessaan sairastuttaa ihmisen, mutta se ei pysty siirtymään sairaasta ihmisestä terveeseen. Mikäli samaan ihmisen soluun joutuu sekä lintuinfluenssavirus että ihmisen influenssavirus, voi tapahtua rekombinaatiota: Virusten geenit sekoittuvat, ja syntyy uusi virustyyppi, jonka geeneistä osa on peräisin lintuinfluenssaviruksesta ja osa ihmisen influenssaviruksesta. Mikäli tämä uusi geeniyhdistelmä antaa virukselle kyvyn siirtyä ihmisestä toiseen ja tartuttaa tauti toiseen ihmiseen, on syntynyt vaarallinen pandemian aiheuttava influenssavirustyyppi. Jakso 1 5 Solut ja Eliöt

6 +9. Virusten leviäminen (yo s-12) Monet eläinvirukset, kuten influenssavirukset, leviävät pisaratartunnalla. Veren välityksellä leviää esimerkiksi HIV-virus. Vektoreina toimivat hyönteiset, kuten punkit ja hyttyset, voivat myös levittää eläinviruksia. Kasvivirukset voivat levitä hyönteisten kuljettamina tai tuulen mukana. Kasviviruksia levittävät esimerkiksi kirvat. Kasvivirukset voivat siirtyä myös saastuneesta kasvista toiseen. Virukset lisääntyvät soluissa, ja ne ovat yleensä isäntäspesifisiä. Jotkut virukset pystyvät lisääntymään eri lajeissa ja siirtymään lajista toiseen. Tällainen on esimerkiksi influenssavirus. Virus käyttää lisääntymisessään apuna isäntäsolun aineenvaihduntamekanismeja: entsyymejä, DNA:n kahdentumista, proteiinisynteesiä, endosytoosia ja eksosytoosia. Virus otetaan isäntäsoluun sisään endosytoosin avulla, ja sisälle päässyt virus hajotetaan isäntäsolun entsyymien avulla. DNA-viruksen perimä siirtyy tumaan ja kiinnittyy osaksi isäntäsolun jotain kromosomia. Sitten isäntäsolu alkaa valmistaa uusien virusten DNA:ta ja proteiiniosia. RNA-virus pääsee isäntäsoluun sisälle, kun sen vaippa sulautuu isäntäsolun solukalvoon. Virus- RNA muutetaan viruksen mukanaan kuljettaman käänteiskopioijaentsyymin avulla kaksijuosteiseksi DNA:ksi, joka siirtyy tumaan ja kiinnittyy osaksi isäntäsolun kromosomia. Isäntäsolu alkaa valmistaa virus-rna:ta ja uusien virusten proteiiniosia. Virusten osat kootaan solulimassa ja ne poistuvat isäntäsolusta eksosytoosin avulla. RNA-virukset saavat poistuessaan ympärilleen vaipan, kun ne ottavat mukaansa isäntäsolun solukalvoa. Viruksia on vaikea torjua, koska ne muuntelevat hyvin paljon. Muuntelun seurauksena viruksen pintarakenteet muuttuvat, eivätkä ihmisen muistisolut tunnista viruksia. Muuntelun vuoksi myös osa rokotteista vanhenee nopeasti. Muuntelua aiheuttavat geenimutaatiot ja rekombinaatio. Kaikki geenimutaatiot ilmenevät heti, koska viruksissa jokaista geeniä on yksi kappale. Virusten rekombinaatiota tapahtuu silloin, jos samaan isäntäsoluun joutuu kaksi erilaista virustyyppiä. Isäntäsolussa voi syntyä uudenlainen virus, jonka geenit ovat yhdistelmä kahdesta aiemmasta viruksesta. Virusten tehokkaasta perinnöllisestä muuntelusta on esimerkkinä influenssavirukset, jotka voivat lisääntyä sekä ihmisessä että vesilinnuissa ja sioissa. Joitakin viruksia on vaikea torjua sen vuoksi, että ne voivat piileskellä isäntäsoluissa kauan aikaa ja aktivoitua aina välillä. Esimerkiksi herpesvirus on tällainen virus. Joihin virustauteihin on olemassa rokote, joka antaa elinikäisen suojan kyseistä virustauteja vastaan. Tällaisia rokotteita on esimerkiksi hepatiitti A- ja B-rokote sekä tuhkarokkorokote. Jakso 1 6 Solut ja Eliöt

7 +10. Sienet ja niiden merkitys (yo k-08) Rakenne ja ominaisuudet: Tumallisia eliöitä. Sieniin kuuluvat hiivat, homeet ja monisoluiset sienet sekä jäkälät. Sekä yksisoluisia (hiivat) että monisoluisia. Soluseinä kitiiniä. Ei viherhiukkasia. Toisenvaraisia. Lisääntyvät itiöiden ja sienirihmastojen avulla. Osa monisoluisista sienistä muodostaa itiöemän (esimerkiksi tatit). Monet sienet ovat myrkyllisiä (esimerkiksi punakärpässieni). Jäkälät kuuluvat sieniin: koostuvat yksisoluisista levistä ja sienirihmastosta. Esimerkiksi poronjäkälä. Merkitys: Tärkeitä hajottajia, osallistuvat ravinteiden kiertoon. Loisia: esimerkiksi käävät ottavat ravintoa isäntäpuusta. Tautien aiheuttajina: homeallergiat, kasvitaudit, eläintaudit. Elintarvikkeiden ja rakennusten pilaajina: homeet. Mutualistisissa suhteissa muiden eliöiden kanssa: - Monilla kasveilla on sienijuuri, jossa sieniosakkaan sienirihmasto antaa kasville vettä ja ravinteita ja kasvi antaa sieniosakkaalle yhteyttämäänsä sokeria. Esimerkiksi kantarelli ja koivu. - Jäkälässä leväosakas yhteyttää ja antaa sieniosakkaalle sokeria, sieniosakas ottaa ilmasta vettä ja ravinteita ja antaa niitä leväosakkaalle. Sieniosakas myös kiinnittää jäkälän kiinni alustaansa. Bioindikaattoreina: jäkälät ovat herkkiä ilman saasteille. Erityisesti lupot ja naavat ovat hyviä ilman saastumisen bioindikaattoreita. Ravintona eläimille ja ihmisille. Monet eläimet syövät sieniä, porojen tärkeää ruokaa on jäkälä. Hiivojen ja homeiden käyttö elintarvikkeiden valmistuksessa: olut, leipä, homejuusto. Hiiva- ja homesienten käyttö proteiinien tuottajina bioteknologiassa. Jakso 1 7 Solut ja Eliöt

8 11. Bakteerien evoluutio (yo k-10) Bakteereissa DNA:n kopioinnissa tapahtuu runsaasti virheitä, joten geenimutaatioita syntyy paljon. Kaikki geenimutaatiot ilmenevät heti, koska bakteereissa jokaista geeniä on vain yksi kappale. Bakteereissa tapahtuu myös rekombinaatiota eli syntyy uusia ominaisuusyhdistelmiä kolmella tavalla: 1. transformaatiossa, jossa elävä bakteeri ottaa sisäänsä kuolleen bakteerin perintöainesta, 2. konjugaatiossa, jossa luovuttajabakteerista siirtyy perintöainesta vastaanottajabakteeriin ja 3. transduktiossa, jossa bakteriofagi voi kuljettaa bakteerin perintöainesta bakteerista toiseen. Bakteerit lisääntyvät jakautumalla suotuisissa oloissa hyvin nopeasti. Luonnonvalinta suosii niitä bakteereja, joilla on paras geeniyhdistelmä, joten kelpoisimpien bakteerien määrä kasvaa nopeasti. Bakteerien nopea evoluutio näkyy esimerkiksi sairaalabakteerien yleistymisessä ja antibioottiresistenttien bakteerikantojen kehittymisessä. Jakso 1 8 Solut ja Eliöt

9 4 Erilaisia soluja, samoja kemiallisia yhdisteitä 1. Soluja ja soluelimiä a. 1. Kasvin yhteyttämissolukon solu 2. Poikkijuovainen lihassolu 3. Hermosolu 4. Siittiösolu 5. Punasolu 6. Valkosolu b. a. Viherhiukkanen b. Aktiini- ja myosiinisäikeitä c. Viejähaarake d. Siima 1. Kasvin fotosynteesireaktiot tapahtuvat viherhiukkasissa, joita on eniten kasvin lehtien yhteyttämissolukossa. 2. Lihas koostuu suuresta määrästä lihassoluja. Aktiini- ja myosiinisäikeiden liukuminen lomittain saa aikaan lihassolun supistumisen. Mitä useampi lihassolu on supistuneena, sitä suuremmalla teholla lihas toimii. 3. Hermosolun tehtävänä on kuljettaa hermoimpulsseja. Viejähaarakkeessa impulssi kulkee sähköisenä hermosolun solukeskuksesta kohti synapsia. 4. Siittiösolun tehtävänä on kuljettaa isältä tuleva perintöaines munasoluun. Siittiösolun liikkeen saa aikaan siima, ja liikkumiseen tarvittava energia tulee siittiösolun keskikappaleessa olevien mitokondrioiden soluhengityksestä. 5. Punasolun tehtävänä on kuljettaa happea, joka sitoutuu punasolussa olevaan hemoglobiinimolekyyliin. Punasolun muoto (kiekkomainen ja keskeltä litistynyt) lisää sen hapenkuljetuspinta-alaa. Punasolussa ei ole tumaa. 6. Valkosolujen tehtävänä on tuhota elimistölle vieraita soluja tai molekyylejä solusyönnillä tai erittämiensä vasta-aineiden avulla. Jakso 1 9 Solut ja Eliöt

10 a. Hermosolu: tehtävänä impulssien kuljetus ja siirtäminen toiseen hermosoluun tai lihassoluun paljon lyhyitä tuojahaarakkeita ja yksi pitkä viejähaarake kun haarakkeita on paljon, pystyy yksi hermosolu olemaan yhteydessä monen muun hermosolun kanssa, jolloin toiminta on tehokasta. Siittiösolu: häntä liikkumista varten pään sisällä siittiön geenit kun siittiösolu on tunkeutunut munasolun sisälle, sen häntä katkeaa tarpeettomana ja jää munasolun ulkopuolelle. keskikappaleessa paljon mitokondrioita, joissa tuotetaan energiaa siittiön liikkumista varten. kaksoiskovera, joten pinta-ala on suuri ja pystyy sitomaan tehokkaasti happea Punasolu: - sisällä ei soluelimiä (esim. tumaa tai mitokondrioita) - aineenvaihdunta anaerobista, joten ei itse kuluta kuljettamaansa happea. - solukalvo hyvin taipuisa, minkä seurauksena punasolu pystyy kulkemaan hyvinkin ahtaissa hiussuonissa. 2. Biologian ilmiöitä a. b. c. Solujen tukiranka koostuu erikokoisista proteiinisäikeistä. Tukirangan tehtävänä on mm. säädellä soluelinten paikkaa ja aineiden kuljetusta soluissa sekä muodostaa tumasukkulan rihmat, kun solu jakautuu. Koska taksoli tuhoaa syöpäsolujen tukirangan, solut menettävät jakautumiskykynsä: kromosomit eivät sukkularihmojen puuttuessa pysty ohjautumaan solun keskitasoon ja edelleen jakautumaan tytärkromatideiksi. Solujen yhteenlaskettu pinta-ala on sitä suurempi, mitä useampia niitä on ja mitä pienempiä ne ovat. Aineenvaihduntapintaa on enemmän, aineenvaihduntareaktiot tapahtuvat tehokkaammin ja solunsisäiset aineidenkuljetusmatkat ovat lyhyitä. Vesi on hyvä liuotin, aineiden kuljettaja ja lämmönsäätelijä. Vesi on useimpien solun kemiallisten reaktioiden lähtöaine tai lopputuote. Veden nestejännitys antaa solulle muodon ja tukee solua. Jakso 1 10 Solut ja Eliöt

11 3. Solujen välinen viestintä Kaikki käsitteet liittyvät solujen väliseen viestintään. a. Viestiaine on yleisnimitys kaikille solujen erittämille aineille, jotka vaikuttavat muiden solujen toimintaan. b. Kudoshormoni on viestiaine, jonka solu tai soluryhmä erittää kudosnesteeseen ja joka vaikuttaa naapurisoluihin. c. Kasvutekijät ovat viestiaineita, jotka muuttavat naapurisolujen toimintaa kytkemällä niiden geenejä päälle tai pois päältä. Siten ne säätelevät solujen jakautumista ja kypsymistä erityisesti alkion- ja yksilön eri kehityksen eri vaiheissa. d. Mikäli viestiaine eritetään vereen ja se siirtyy veren mukana kauemmaksi, puhutaan hormonista. e. Välittäjäaineet ovat hermosolujen viejähaarakkeissa hermonpäätteistä erittyviä viestiaineita, joiden avulla impulssi siirtyy hermosolusta toiseen synapsiraon yli. f. Vaste tarkoittaa viestin vastaanottaneen solun reagointia viestiaineeseen. 4. ATP-molekyyli a. b. c. ATP-molekyylin sisältämä energia on fosfaattiosien välisissä kemiallisissa sidoksissa. Kun solussa tarvitaan energiaa, irtoaa ATP-molekyylistä yksi fosfaattiosa ja syntyy ADP-molekyyli. Samalla vapautuu yhden sidoksen sisältämä energia solun käyttöön. ADP-molekyylistä voi irrota vielä yksi fosfaattiosa, jolloin vapautuu yhden sidoksen sisältämä energia solun käyttöön ja syntyy AMPmolekyyli. AMP- ja ADP-molekyyleihin liitetään fosfaattiosia, AMP-molekyyliin kaksi ja ADP-molekyyliin yksi, ja niistä syntyy ATP-molekyylejä. ATP-molekyylejä latautuu fotosynteesin valoreaktiossa, glykolyysissä, soluhengityksessä ja käymisessä. Jakso 1 11 Solut ja Eliöt

12 5. Solun orgaanisia yhdisteitä a. Kuvassa a. on hiilihydraatteihin kuuluva monosakkaridi, b. kuvassa DNA:n nukleotidi, c. kuvassa hiilihydraatteihin kuuluva, tuhansista monosakkarideista muodostuva polysakkaridi ja d. kuvassa lipidi. b. Monosakkaridit ovat solujen energialähteitä. Solukalvossa monosakkaridit muodostavat yhdessä proteiinien kanssa solukalvon glykoproteiineja, jotka toimivat solujen reseptori- ja tunnistuskohtina. DNA:ta on kromosomeissa, mitokondrioissa ja viherhiukkasissa, ja ne sisältävät solun perinnöllisen informaation. Polysakkaridit ovat varastohiilihydraatteja. Eläinsoluissa ne ovat glykogeenina maksa- ja lihassoluissa, kasvisoluissa tärkkelyksenä esim. perunan mukuloissa ja banaanissa. Lipidit ovat solun energiavarastona, solun kalvorakenteissa ja joidenkin hormonien rakenneosina sekä kasvisoluissa väriaineina. 6. Bakteerisolun rakenne Bakteerisolun osien tehtävät: Kromosomi: koostuu DNA:sta ja sisältää geenejä. Bakteerissa on vain yksi kromosomi. Plasmidi: pieni DNA-rengas, jossa on osa bakteerin geeneistä. Plasmidien määrä voi vaihdella. Solukalvo: säätelee aineiden kulkua bakteeriin ja bakteerista ulos Soluseinä: suojaa bakteeria Kapseli: suojaa bakteeria ja auttaa sitä kiinnittymään kohteeseensa. Soluhengityskalvosto: soluhengitysreaktiot tapahtuvat siellä. Yhteyttämiskalvosto: fotosynteesireaktiot tapahtuvat siellä. Ribosomi: aminohappoketjun rakentumispaikka. Ripset ja siimat: auttavat liikkumisessa ja alustaan kiinnittymisessä. Solulima: aineenvaihduntareaktioiden tapahtumispaikka. Jakso 1 12 Solut ja Eliöt

13 7. Kasvisolun rakenne ja toiminta a. Malli graafisesta esityksestä. HUOM! Älä käytä punaista kynää ylioppilaskirjoituksissa. Se väri on varattu korjaajille. b. c. Tumaa ympäröi kaksikerroksinen tumakotelo, jossa on tumahuokosia. Tuman sisällä on tumajyvänen sekä DNA:sta ja proteiinimolekyyleistä koostuvia kromosomeja. Ribosomi on kaksiosainen, pallomainen soluelin, joka koostuu ribosomi-rna:sta. Ribosomeja on kiinni solulimakalvostossa ja irrallaan solulimassa. Solulimakalvosto koostuu kahdesta fosfolipidikerroksesta sekä erikokoisista proteiinimolekyyleistä, kuten solua ympäröivä solukalvokin. Kaksikerroksisen kalvon ympäröimän viherhiukkasen sisällä on yhteyttämiskalvosto (kalvopinoja) ja välitila. Solulimakalvoston tehtävänä on osallistua proteiinien valmistamiseen ja kuljettamiseen. Viherhiukkasessa tapahtuu fotosynteesi, jossa auringon valoenergiaa sidotaan glukoosin sisältämäksi kemialliseksi energiaksi. Tuman, ribosomin ja solulimakalvoston tehtävät liittyvät toisiinsa proteiinisynteesissä. Geenin ohje proteiinin rakentamiseksi kopioidaan tumassa lähetti- RNA:ksi. Sitten lähetti-rna siirtyy solulimaan ribosomille, jossa siirtäjä-rna:t kuljettavat aminohapot oikeaan järjestykseen lähetti-rna:n kolmikkokoodin perusteella. Mikäli kyseessä on solukalvoproteiini tai solusta ulos eritettävä proteiini, sen synteesi alkaa normaalisti solulimassa ribosomin pinnalla. Sitten proteiinisynteesi jatkuu solulimakalvostossa, missä proteiinin laskostuminen tapahtuu. Lopuksi proteiini siirtyy Golgin laitteeseen, missä proteiini pakataan osoitelapun kanssa kalvorakkulaan solukalvolle siirtämistä tai ulos erittämistä varten. Jakso 1 13 Solut ja Eliöt

14 8. Tumallinen ja esitumallinen solu (yo k-02) a. b. Esitumallinen solu: Esitumallisiin eliöihin kuuluvat arkit ja bakteerit. Esitumallinen solu on tumallista solua paljon pienempi. Esitumallisessa solussa ei ole tumakoteloa, solulimakalvostoa, mitokondrioita, viherhiukkasia eikä muita suuria kalvon ympäröimiä soluelimiä. Solulimassa on ribosomeja. Soluhengitysreaktiot tapahtuvat soluhengityskalvostossa ja yhteyttämisreaktiot yhteyttämiskalvostossa. Perintöaines on yhtenä rengasmaisena kromosomina. Lisäksi solulimassa voi olla useita DNA-renkaita, plasmideja, joissa on muutamia geenejä. Esitumallista solua ympäröivät solukalvo, soluseinä sekä joskus myös kapseli. Esitumallisessa solussa voi olla myös ripsiä tai siimoja. Tumallinen solu: (Aito)tumallisessa solussa (kasvi-, eläin- ja sienisolu) perintöaines on kaksikertaisen tumakotelon sisällä sijaitsevissa kromosomeissa. Solussa on useita soluelimiä, joita esitumallisessa solussa ei ole: esimerkiksi mitokondriot, viherhiukkaset, Golgin laite, solulimakalvosto, lysosomit. Tumalliset solut ovat huomattavasti suurempia verrattuna esitumallisiin soluihin. Kasvisolussa on solukalvon ulkopuolella jäykkä soluseinä (selluloosaa), eläinsolua rajaa pelkästään solukalvo. Molemmissa solutyypeissä on vakuoleja, mutta kasvisolussa yksi vakuoli voi täyttää miltei koko solun. Kasvisolussa on kolmenlaisia värihiukkasia (plastideja): viher-, valko- ja rusohiukkaset. Eläinsolusta värihiukkaset puuttuvat. Eläinsolussa on kaksi keskusjyvästä, jotka ohjaavat sukkularihmojen muodostumista solunjakautumisessa. Kasvisolusta keskusjyväset puuttuvat. Lysosomeja on vain eläinsolussa. Jakso 1 14 Solut ja Eliöt

15 9. Mitokondriot ja viherhiukkaset (yo k-10) Sijainti Rakenne Tehtävä Merkitys solulle/eliölle Reaktioiden tapahtumapaikka Mitokondrio Kaikissa tumallisissa soluissa Sileä ulkokalvo, poimuinen sisäkalvo Soluhengitys: sokeri + happi hiilidioksidi + vesi + energiaa ATP-energiaa solun käyttöön Sisäkalvo Viherhiukkanen Kasvi- ja leväsoluissa Ympärillä kaksikerroksinen kalvo, sisällä yhteyttämiskalvosto (kalvopinot) ja välitila Fotosynteesi: hiilidioksidi + vesi + auringon valoenergia glukoosi + happi Glukoosia ja happea solun käyttöön Yhteyttämiskalvosto ja välitila 10. Eläinsolun rakenne (yo k-11) 1 Mitokondrio. Siellä tapahtuu soluhengitys, jossa energiaa vapautetaan glukoosista hapen avulla. Lopputuloksena syntyy vettä, hiilidioksidia ja ATPenergiaa. 2 Solukalvo. Huolehtii aineiden kuljetuksesta ja välittää viestejä solun ulko- ja sisäpuolen välillä. 3 Solulimakalvosto. Siinä valmistetaan, muokataan ja kuljetetaan proteiineja ja lipidejä. 4 Golgin laite. Siinä tapahtuu solukalvolle ja solusta ulos eritettävien proteiinien muokkaus ja pakkaus. 5 Lysosomi. Entsyymejä sisältävä kalvorakkula. Entsyymit hajottavat solulle tarpeettomia aineita uudelleen käytettäviksi TAI 5 Peroksisomi. Entsyymejä sisältävä kalvorakkula. Entsyymit muokkaavat solulle myrkylliset aineet vaarattomiksi. 6 Tumajyvänen. Siellä valmistetaan ribosomi-rna:ta eli ribosomin rakenneosia. Jakso 1 15 Solut ja Eliöt

16 11. Soluelinten tehtäviä (yo k-07) a. 1. Tuma: Sisältää perintöaineksen (geenit) ja säätelee solun toimintaa. 2. Tumajyvänen: Siellä valmistetaan ribosomi-rna:ta. 3. Solulimakalvosto: Aineiden kuljetus ja useiden aineiden, kuten proteiinien ja lipidien muokkaus tapahtuu solulimakalvostossa. 4. Vakuoli (solunesterakkula): Siellä hajotetaan solulle tarpeettomia aineita uudelleen käytettäviksi. Sinne myös varastoidaan solulle tarpeettomia aineita ja kasvisolun nestejännityksen ylläpito tapahtuu vakuolin avulla. 5. Viherhiukkanen (kloroplasti): Siellä tapahtuu fotosynteesi (yhteyttäminen), jossa auringon valoenergia sidotaan glukoosin kemialliseksi energiaksi. 6. Soluseinä: Tukee ja suojaa kasvisolua. 7. Mitokondrio: Siellä tapahtuu soluhengitys, jossa glukoosin hajotessa vapautuu energiaa ja vapautunut energia ladataan ATP-molekyyleihin. 8. Golgin laite: Siellä tapahtuu solun kalvostoille kuljetettavien ja solusta ulos lähetettävien proteiinien muokkaus b. Viherhiukkaset ovat alun perin olleet fotosynteesiin kykeneviä syanobakteereja ja mitokondriot soluhengitykseen kykeneviä bakteereja. Endosymbioositeorian mukaan ne joutuivat alkeellisen tumallisen solun sisälle ja niistä tuli soluelimiä. Viherhiukkasten ja mitokondrioiden bakteerialkuperän todisteita ovat seuraavat: Niillä on kaksoiskalvorakenne, ne ovat samankokoisia kuin bakteerit, niillä on omaa DNA:ta ja ribosomeja ja ne lisääntyvät itsenäisesti solun sisällä jakautumalla. Jakso 1 16 Solut ja Eliöt

17 5 Solun toiminta perustuu kemiallisiin reaktioihin 1. Solun aineenvaihduntaan liittyviä käsitteitä a. b. c. d. e. Entsyymi on solussa oleva proteiinimolekyyli, jonka tehtävänä on nopeuttaa (katalysoida) jotakin solun kemiallista reaktiota. Entsyymin pinnalla on aktiivinen kohta, johon entsyymin katalysoima aine/aineet eli substraatti/substraatit kiinnittyvät. Kiinnittyminen perustuu avain-lukko- periaatteeseen eli aktiivisen kohdan ja substraatin muodot sopivat toisiinsa. Jokainen entsyymi on siis erikoistunut tiettyyn substraattiin. Entsyymi tunnistaa katalysoimansa aineen pinnallaan olevan aktiivisen kohdan perusteella. Inhibiittori on aine, jonka rakenne on samanlainen kuin substraatin. Inhibiittori pysäyttää entsyymitoiminnan varastamalla paikan substraatilta eli kiinnittymällä aktiiviseen kohtaan. Kun inhibiittori lähtee siitä pois, on entsyymi taas toimintakykyinen. Kemosynteesi ja fotosynteesi ovat molemmat yhteyttämisreaktioita, joissa epäorgaanisista aineista valmistetaan orgaanisia yhdisteitä. Kemosynteesissä reaktioon tarvittava energia on peräisin epäorgaanisten yhdisteiden hapettamisesta. Kemosynteesiin pystyvät jotkin arkit ja bakteerit esimerkiksi syvänmeren pohjalla. Fotosynteesissä lähtöaineina ovat hiilidioksidi ja vesi, ja lopputuotteina syntyy glukoosia ja happea. Fotosynteesiin tarvittava energia on peräisin auringonvalosta. Fotosynteesiin pystyvät syanobakteerit, levät ja kasvit. Soluhengitys ja käyminen ovat molemmat solun energianvapauttamisreaktioita. Soluhengityksessä tarvitaan happea, ja siinä glukoosista syntyy hiilidioksidia, vettä ja runsaasti ATP-energiaa. Käyminen tapahtuu ilman happea, ja siinä glukoosista syntyy esimerkiksi alkoholia tai maitohappoa sekä paljon vähemmän ATP-energiaa. Molemmat reaktiot alkavat solulimassa, mutta soluhengitys jatkuu mitokondriossa. Käyminen tapahtuu loppuun asti solulimassa. Ionikanavat ja kuljettajaproteiinit liittyvät solukalvon aktiiviseen aineiden kuljetukseen, ja ne ovat solukalvossa sijaitsevia proteiinimolekyylejä. Ionikanavien kautta soluun tai solusta ulos siirtyy sähkövarauksen omaavia ioneja. Kuljettajaproteiinien kautta siirretään isoja molekyylejä, kuten glukoosia. Jakso 1 17 Solut ja Eliöt

18 f. Diffuusio ja osmoosi ovat aineiden passiivisia kuljetustapoja solussa. Diffuusio perustuu molekyylien lämpöliikkeeseen. Diffuusion avulla solukalvon läpi kulkevat pienet varauksettomat molekyylit sekä rasvaliukoiset aineet. Osmoosi on veden diffuusiota puoliläpäisevän kalvon eli solukalvon läpi. 2. Paprikanviipaleet eri vahvuisissa sokeriliuoksissa a. b. Osmoosia eli veden siirtymistä puoliläpäisevän kalvon eli solukalvon läpi. Osmoosissa vesi siirtyy laimeasta liuoksesta (= paljon vesimolekyylejä) väkevään liuokseen (= vähän vesimolekyylejä). c. Kun liuoksen väkevyys on alhainen (pienempi kuin 0,4M) eli liuoksessa on vähän tai ei lainkaan sokeria ja paljon vesimolekyylejä, tapahtuu osmoosi liuoksesta paprikasoluihin: vettä siirtyy solujen sisälle ja viipaleiden paino kasvaa. Kun liuoksen väkevyys on suuri (yli 0,4 M), tapahtuu osmoosi paprikasoluista liuokseen: solut menettävät vettä ja paprikaviipaleiden paino laskee. d. Paprikaviipaleiden osmoottinen väkevyys vastaa noin 0,4 M sokeriliuosta, koska siinä viipaleiden paino ei ole muuttunut. Toisin sanoen liuosten väkevyys (vesipitoisuus) liuoksessa ja paprikaviipaleiden sisällä on sama. Jakso 1 18 Solut ja Eliöt

19 3. Entsyymin toiminta (yo k-12) b. Entsyymin optimilämpötila on +37 C, koska kyseisessä lämpötilassa reaktio on nopeimmillaan. Kyseessä on jokin tasalämpöisen eläimen, esimerkiksi ihmisen entsyymi, koska tasalämpöisten eläinten entsyymit toimivat tehokkaimmin +37 C:ssa. c. Kun lämpötila nousee yli +45 C:een, entsyymin toiminta alkaa hidastua ja se lakkaa kokonaan +55 C:ssa. Syynä on entsyymin kolmiulotteisen proteiinirakenteen tuhoutuminen. Kyseessä on peruuttamaton tapahtuma. d. Muita entsyymien toimintaan vaikuttavia tekijöitä ovat happamuus (ph), inhibiittorit, substraatin määrä sekä kofaktorit. e. f. Mitä alhaisempi lämpötila on, sitä hitaampia ovat solun molekyylien lämpöliikkeet. Entsyymit ja substraatit kohtaavat epätodennäköisemmin ja siksi reaktiot tapahtuvat hitaammin. Kun lämpötila nousee yli +45 C:een, alkaa entsyymin proteiinirakenne tuhoutua. Kolmiulotteinen rakenne suoristuu ja substraatti ei enää pysty kiinnittymään entsyymin aktiiviseen kohtaan. Väärä happamuus muuttaa entsyymin kolmiulotteista rakennetta ja aktiivisen kohdan muotoa. Inhibiittori kiinnittyy joko aktiiviseen kohtaan ja varastaa substraatin paikan tai kiinnittyy johonkin muuhun kohtaan entsyymiä ja muuttaa samalla aktiivisen kohdan muotoa niin, että substraatti ei siihen pysty kiinnittymään. Jakso 1 19 Solut ja Eliöt

20 4. Solukalvon rakenne ja toiminta (yo k-13) b. Avustettu diffuusio tarkoittaa passiivista eli ilman energiaa tapahtuvaa aineiden kuljetusta kuljettajaproteiinien tai ionikanavien läpi suuremmasta pitoisuudesta pienempään. avustetun diffuusion avulla kulkevia aineita ovat varautuneet ionit ja suurikokoiset molekyylit kuten glukoosi. Aktiivisessa kuljetuksessa aineita siirretään kuljettajaproteiinien kautta pienemmästä pitoisuudesta suurempaan, ja siihen tarvitaan ATP:stä saatavaa energiaa. Esimerkkinä aktiivisesta kuljetuksesta on solukalvon natrium-kaliumpumppu. Energiaa vaativaa aktiivista kuljetusta ovat myös endosytoosi (solusyönti) ja eksosytoosi. Endosytoosissa solukalvo ympäröi esimerkiksi ravintoainehiukkasen, minkä jälkeen se otetaan sisälle kalvorakkulassa ja entsyymit hajottavat sen ravinnoksi. Eksosytoosissa jokin solulle tarpeeton aine pakataan kalvorakkulaan, kuljetetaan solukalvolle ja poistetaan solusta. Jakso 1 20 Solut ja Eliöt

21 5. Ameban aineidenottotavat (yo s-08) a. b. Protoktistit eli alkueliöt kuuluvat tumallisten eliöiden alkeellisimpaan kuntaan. Alkueliöiden soluissa on tumakotelo, useita pitkänomaisia kromosomeja sekä solulimassa paljon erilaisia kalvorakenteisia soluelimiä, kuten mitokondrioita ja solulimakalvosto. Alkueliöihin kuuluvat esimerkiksi alkueläimet kuten kuvan ameba sekä levät. Ameba saa happea diffuusion avulla. Diffuusiossa aine siirtyy solukalvon läpi passiivisesti suuremmasta pitoisuudesta pienempään. Diffuusio ei kuluta energiaa. Ameba saa veden osmoosin avulla. Osmoosi on veden diffuusiota, jossa vettä siirtyy väkevämmästä liuoksesta laimeampaan. Myöskään osmoosi ei kuluta energiaa. Ravintohiukkaset ameba ottaa endosytoosin eli solusyönnin avulla. Ameban solukalvo menee kuopalle ravintohiukkasen ympärille, kuroutuu rakkulaksi ja ravintohiukkanen siirtyy rakkulan mukana solun sisälle. Lopuksi ameban entsyymit hajottavat ravintohiukkasen. Solusyönti kuluttaa energiaa. Ameba poistaa soluhengityksessä syntyneen hiilidioksidin diffuusion avulla. Ameba poistaa kiinteät jätteet eksosytoosin avulla. Jätteet pakataan kalvorakkuloihin, siirretään solukalvolle ja vapautetaan solusta ulos. Eksosytoosi vaatii energiaa. 6. Eliöitä koeputkissa (yo -k09) a. Putki 1: Kastelieron soluissa tapahtuu soluhengitys, jossa kuluu happea ja syntyy hiilidioksidia. Koeputken sisältämän ilman happipitoisuus pienenee ja hiilidioksidipitoisuus kasvaa. Putki 2: Voikukan lehden soluissa tapahtuu pimeässä vain soluhengitystä. Koeputken sisältämän ilman happipitoisuus pienenee ja hiilidioksidipitoisuus kasvaa. Putki 3: Sekä kastelieron että voikukan lehden soluissa tapahtuu soluhengitystä. Koeputken sisältämän ilman happipitoisuus pienenee ja hiilidioksidipitoisuus kasvaa enemmän kuin koeputkissa 1 ja 2, koska koeputkessa 3 on kaksi soluhengittävää eliötä/eliön osaa. Putki 4: Koska koeputkessa ei ole mitään eliötä/eliön osaa, pysyvät hiilidioksidin ja hapen määrät ennallaan. Tämä putki toimii kokeessa vertailukoeputkena. Jakso 1 21 Solut ja Eliöt

22 b. Putki 1: Sama tilanne kuin a-kohdassa. Putki 2: Valossa voikukan lehti yhteyttää, jolloin hiilidioksidia kuluu ja syntyy happea. Koeputken sisältämän ilman happipitoisuus nousee ja hiilidioksidipitoisuus laskee. Putki 3: Kastelieron soluissa tapahtuu soluhengitys ja voikukan lehti yhteyttää. Hapen määrä on pienempi kuin putkessa 2., koska kasteliero kuluttaa voikukan yhteyttämisessä tuottamaa happea. Hiilidioksidin määrä on pienempi kuin putkessa 1., koska yhteyttäminen kuluttaa kastelieron tuottamaa hiilidioksidia. Putki 4: Sama tilanne kuin a-kohdassa. 7. Hiivasolu aerobisissa ja anaerobisissa oloissa (yo k-09) a. Aerobisilla olosuhteilla tarkoitetaan ympäristöä, jossa on happea läsnä. Aerobisissa olosuhteissa tapahtuva energianvapauttamisreaktio on soluhengitys. Anaerobisissa olosuhteissa ei happea ole läsnä. Silloin energiaa vapautetaan käymisen avulla Käyminen voi olla alkoholikäymistä tai maitohappokäymistä. b. Soluhengitys tapahtuu mitokondrioissa monessa vaiheessa. Se alkaa solulimassa glykolyysinä ja jatkuu mitkondrion sisällä sitruunahappokiertona ja elektroninsiirtoketjuna. Glukoosista saadaan vapautettua sen koko energiasisältö. Lopputuotteina syntyy hiilidioksidia ja vettä sekä ATPmolekyyleihin sitoutunutta energiaa. Yhtä glukoosimolekyyliä kohti syntyy ATP-molekyyliä. Käyminen tapahtuu solulimassa glykolyysissä, ja siinä saadaan vapautettua vain osa glukoosin energiasisällöstä. Lopputuotteena hiivasoluissa syntyy alkoholia (etanolia) ja lihassoluissa maitohappoa. Yhtä glukoosimolekyyliä kohti syntyy vain kaksi ATP-molekyyliä. c. Anaerobinen käymisreaktio on evolutiivisesti vanhempi energianvapauttamistapa. Alkumaapallon kaasukehässä ei ollut happea, joten soluhengitys ei ollut mahdollista. Happea alkoi vapautua kaasukehään vasta sitten, kun fotosynteesin avulla yhteyttävät syanobakteerit kehittyivät. Jakso 1 22 Solut ja Eliöt

23 8. Entsyymin toiminnan tutkiminen Hypoteesi: Pepsiini hajottaa proteiineja parhaiten silloin, kun ph on kaksi. Koska pepsiini hajottaa proteiineja, otetaan tutkittavaksi kohteeksi esimerkiksi kovaksikeitetyn kananmunan valkuaista, joka pilkotaan pienemmiksi, samankokoisiksi paloiksi. Laitetaan kuuteen koeputkeen sama määrä vettä. Lisätään koeputkiin suolahappoa eri määriä siten, että saadaan koeputkien happamuudet seuraaviksi: koeputki 1. ph 6, koeputki 2. ph 5, koeputki 3. ph 4, koeputki 4. ph 3, koeputki 5. ph 2 ja koeputki 6. ph 1. Tarkistetaan happamuudet ph-mittausten avulla. Lisätään koeputkiin sama määrä pepsiiniä. Lisätään koeputkiin yhtä monta kovaksikeitetyn kananmunan valkuaisen palaa. Laitetaan koeputket lämpökaappiin +37o C:een (vastaa ihmisen ruumiinlämpöä). Annetaan koeputkien olla lämpökaapissa useita päiviä. Lopuksi verrataan koeputkia toisiinsa: Siellä koeputkessa, jossa on eniten tapahtunut kananmunanvalkuaisen hajoamista, on ihanteellisin happamuus pepsiinientsyymin toiminnan kannalta. Todetaan, pitikö hypoteesi paikkaansa. 9. Solu ja fotosynteesi (yo s-09) 1 tuma 2 tumajyvänen 3 solulimakalvosto 4 solunesteontelo (vakuoli) 5 mitokondrio 6 viherhiukkanen (kloroplasti) Keskeinen soluelin glukoosin valmistuksessa on viherhiukkanen. Viherhiukkasessa tapahtuu yhteyttäminen (fotosynteesi), jossa vedestä ja hiilidioksidista syntyy auringon valoenergian avulla glukoosia ja happea. Yhteyttäminen tapahtuu kahdessa vaiheessa. Valoreaktiossa vesi hajoaa auringon valoenergian vaikutuksesta vedyksi ja hapeksi. Valoreaktiossa syntyy myös ATP-molekyylejä. Pimeäreaktioon siirtyvät vedyt ja energia liittyvät hiilidioksidiin ja syntyy glukoosia. Jakso 1 23 Solut ja Eliöt

24 +10. Fotosynteesin tehokkuus ja sen tutkiminen a. b. Agropyron sp. 30,5 ja Bouteloua sp. 21. c. Bouteloua sp., koska sen fotosynteesitehokkuus kasvaa lämpötilan noustessa ja optimi on +40 C. Se ei myöskään pysty yhteyttämään yhtä tehokkaasti alhaisissa lämpötiloissa kuin Agropyron. Agropyronin fotosynteesitehon optimilämpötila on + 25 C eli se on sopeutunut kasvamaan viileämmässä ilmastossa. d. Lämpötilan noustessa fotosynteesissä tarvittavien entsyymien kolmiulotteinen rakenne tuhoutuu, jolloin ne eivät enää pysty katalysoimaan reaktiota. Korkeassa lämpötilassa myös kasvin soluhengitys kiihtyy, ja kasvi kuluttaa enemmän glukoosia kuin ehtii sitä valmistamaan. e. Hiilidioksidipitoisuus: mitä enemmän hiilidioksidia on, sitä tehokkaammin kasvi yhteyttää. Veden määrä: vesi on fotosynteesin toinen lähtöaine. Ravinteet: niitä tarvitaan fotosynteesireaktion entsyymien ja väriaineiden rakennusaineina. Valon määrä: valoenergiaa tarvitaan veden pilkkomisessa valoreaktiossa. Valon aallonpituus: punainen ja sininen valo on yhteyttämisen kannalta tehokkainta. Jakso 1 24 Solut ja Eliöt

25 f. Laitetaan eri lämpöistä vettä esimerkiksi viiteen astiaan. Vesikasvi laitetaan koeputkeen, ja koeputki laitetaan ylösalaisin vesiastiaan 1 tietyksi ajaksi. Astiassa olevan veden lämpötila merkitään muistiin. Lasketaan syntyvien happikuplien määrä. Sitten koeputki vesikasveineen siirretään vesiastiaan 2 samanpituiseksi ajaksi, ja taas lasketaan happikuplien määrä. Näin menetellään jokaisen vesiastian kohdalla. Lopuksi tarkastellaan, missä lämpötilassa on syntynyt eniten happikuplia eli missä lämpötilassa vesikasvin fotosynteesiteho on ollut parhain. happea vesikasvi ja koeputki vettä C C C C C koeputkea siirretään asiasta toiseen 11. ATP:n muodostaminen soluissa (yo s-11) Lihassolut muodostavat tarvitsemansa ATP:n glukoosista joko mitokondrioissa tapahtuvassa soluhengityksessä tai solulimassa tapahtuvassa maitohappokäymisessä. Koivun lehden solut muodostavat ATP:tä kahdella tavalla: 1. Solujen viherhiukkasissa tapahtuvat fotosynteesin valoreaktiot, jossa auringon valoenergiaa sidotaan ATP-energiaksi. 2. Lehden solujen mitokondrioissa tapahtuu soluhengitystä, jossa fotosynteesissä syntyneen glukoosin hajotessa syntyy ATP-energiaa. Mäntykukka on loiskasvi, jolla ei ole lehtivihreää. Se tuottaa ATP:tä soluhengityksessä mitokondrioissaan glukoosista. Jäkälän viherleväosakas muodostaa ATP:tä viherhiukkasissaan fotosynteesin valoreaktioissa, kun se sitoo auringon valoenergiaa. ATP:tä syntyy myös glukoosista, kun viherlevän mitokondrioissa tapahtuu soluhengitystä. Jäkälän sieniosakas muodostaa ATP:tä soluhengityksessä mitokondrioissaan viherlevältä saamastaan glukoosista. Kolibakteeri muodostaa ATP:tä ympäristöstään ottamastaan ravinnosta joko soluhengitys- tai käymisreaktion avulla. Jakso 1 25 Solut ja Eliöt

26 6 Geenit sisältävät solujen toimintaan tarvittavan informaation 1. DNA:n rakenne a. b. Jos DNA:ssa on tymiiniä 17 %, täytyy emäsparisäännön mukaan myös adeniinia olla 17 %, koska DNA:ssa tymiini ja adeniini muodostavat emäsparin. Adeniinia ja tymiiniä on yhteensä 17 % + 17 % = 34 %. Emäksiä on yhteensä 100 %. 100 % 34 % = 66 % eli guaniinia ja sytosiinia on yhteensä 66 %. 66 % : 2 = 33 % eli sekä guaniinia että sytosiinia on 33 %. Jakso 1 26 Solut ja Eliöt

27 2. Käsiteparien selitys a. b. c. d. e. Sekä introni että eksoni ovat tumallisen eliön geenin koodaavan alueen osia. Introni on sellainen jakso, jossa ei ole geneettistä informaatiota eikä se niin ollen kopioidu lähetti-rna:ksi. Eksonien geneettinen informaatio kopioidaan lähetti-rna:n emäsjärjestykseksi. Intronit leikataan pois tumassa tapahtuvassa silmukoinnissa, kun intronit sisältävä esiaste-rna muutetaan valmiiksi lähetti-rna:ksi. Koodaava juoste ja mallijuoste ovat DNA:n juosteita. Koodaavan juosteen emäsjärjestys vastaa lähetti-rna:n emäsjärjestystä. Erona on kuitenkin se, että DNA:n tymiinin paikalla on lähetti-rna:ssa urasiili. Proteiinisynteesin alkaessa RNA-polymeraasi lukee mallijuosteen emäsjärjestystä nukleotidi nukleotidilta ja rakentaa lähetti-rna:ta emäspariperiaatteen mukaisesti. Lähetti-RNA ja siirtäjä-rna ovat molekyylejä, joita tarvitaan solun proteiinisynteesissä. Lähetti-RNA kuljettaa geenin sisältämän informaation ribosomille. Siirtäjä-RNA-molekyylit järjestävät kuljettamansa aminohapot oikeaan järjestykseen ribosomille. Jokainen siirtäjä-rna-molekyyli kuljettaa tiettyä aminohappoa, ja siirtäjä- RNA tunnistaa oikean kohdan lähetti-rna:sta oman vastinemäskolmikkonsa perusteella. Geeni koostuu säätelyalueesta ja koodaavasta alueesta. Säätelyalueen tehtävänä on käynnistää ja säädellä geenin luentaa. Se koostuu tehostajajaksoista ja promoottorista, johon RNA-polymeraasi kiinnittyy. Esitumallisessa solussa ei säätelyalueella ole tehostajajaksoja. Geenin koodaava alue sisältää varsinaisen geneettisen informaation, joka kopioituu lähetti-rna:han sen emäsjärjestyksenä. Tumallisessa solussa koodaava alue koostuu introneista ja eksoneista, kun taas esitumallisessa solussa ei ole lainkaan introneita. Transkriptio ja translaatio ovat proteiinisynteesin vaiheita. Transkriptio tarkoittaa geenin informaation kopioimista lähetti-rna:ksi. Tumallisessa solussa informaatio kopioituu ensin esiaste-rna:ksi, ja silmukoinnin jälkeen siitä syntyy valmis lähetti-rna. Translaatiossa ribosomi rakentaa aminohappoketjun lähetti-rna:n sisältämän koodin mukaisesti. Aminohapot järjestetään oikeaan järjestykseen siirtäjä-rna- molekyylien avulla. Jakso 1 27 Solut ja Eliöt

28 f. Kun proteiinisynteesi alkaa tumallisessa solussa, kopioituu geenin mallijuosteen emäsjärjestys siten, että siinä ovat mukana eksonien lisäksi myös geneettistä informaatiota sisältämättömät jaksot eli intronit. Tätä syntyvää molekyyliä nimitetään esiaste-rna:ksi. Silmukoinnin tarkoituksena on leikata siitä intronit pois, ja syntyy valmis lähetti-rna. Introneja voidaan leikata eri tavoin, ja sitä kutsutaan vaihtoehtoiseksi silmukoinniksi. Se vaikuttaa syntyvään geenituotteeseen ja siihen, että samaa geeniä voidaan lukea eri tavoin. 3. Antibiootit ja proteiinisynteesi a. b. c. d. Bakteerien soluseinä koostuu mureiinista, ja penisilliini estää sen rakentumisen. Koska sienisolujen soluseinä koostuu kitiinistä, ei penisilliini pysty vaikuttamaan sen rakentumiseen. Viruksissa ei ole ribosomeja eikä niissä ole itsenäistä aineenvaihduntaa kuten proteiinisynteesiä. Koska streptomysiinin teho perustuu proteiinisynteesin pysähdyttämiseen, ei se pysty vaikuttamaan viruksiin. Proteiinisynteesin alussa DNA-juosteet avautuvat tietyn geenin kohdalta lähetti-rna:n rakentumista varten. Koska mitomysiini C estää juosteiden avautumisen, ei proteiinisynteesiä voi tapahtua. Ennen solun jakautumista sen DNA kahdentuu välivaiheen lopussa. DNA:n kahdentumista varten DNA-juosteiden emästen väliset vetysidokset katkeavat ja DNA-molekyyli avautuu kuin vetoketju, ja molempien alkuperäisten juosteiden rinnalle rakentuvat uudet juosteet. Koska mitomysiini C estää DNA-juosteiden erkanemisen, ei DNA voi kahdentua eikä solu jakautua. Syöpäsolujen lisääntyminen siis loppuisi. 4. Emäskolmikot a. Metioniini, glutamiini, proliini, alaniini. b. CGA c. AUC d. Isoleusiini-aminohappoa. e. UCU, UCC, UCA, UCG f. UAC koodaa tyrosiinia, ja sytosiinin muuttuminen guaniiniksi muuttaa emäskolmikon lopetuskolmikoksi UAG. Proteiinisynteesi loppuisi kesken, eikä toimivaa proteiinia syntyisi. Jakso 1 28 Solut ja Eliöt

29 5. Geenin rakenne (yo s-08) Geeni eli perintötekijä on pätkä DNA-molekyyliä, ja siinä on rakennusohje proteiinin valmistamiseksi. Yksi emäskolmikko koodaa yhtä proteiiniin tulevaa aminohappoa. Geeni koostuu kahdesta osasta, säätelyalueesta ja koodaavasta alueesta. Säätelyalueen tehtävänä on käynnistää geenin luenta ja lähetti-rna:n valmistus. Tumallisilla eliöillä geenin säätelyalue on kaksiosainen. Se koostuu promoottorista, joka sijaitsee välittömästi ennen koodaavaa aluetta ja tehostajajaksoista, jotka säätelevät geenin luennan tehoa. Tehostajajaksojen tehtävänä on purkaa auki kromatiinirihmaa, tunnistaa promoottori ja auttaa RNA-polymeraasia kiinnittymään siihen. Erilaiset säätelyproteiinit säätelevät tehostajajaksojen toimintaa kiinnittymällä niihin. Esitumallisten geeneissä ei ole tehostajajaksoja, ja monen geenin koodaavan alueen säätelystä voi huolehtia yksi yhteinen säätelyalue. Tumallisen solun geenin koodaava alue on jaksottainen. Se koostuu eksoneista ja introneista, jotka vuorottelevat DNA-molekyylissä. Eksonit ovat niitä DNA-jaksoja, jotka koodittavat proteiinin aminohappojärjestystä. Intronit ovat eksonien välissä olevia koodittomia jaksoja. Transkriptiossa eli DNA:n mallijuosteen emäsjärjestyksen kopioinnissa geenin koodaava alue kopioidaan kokonaan ja syntyy ns. esiaste-rna, jossa myös intronit ovat mukana. Silmukointi on tumassa tapahtuvaa esiaste-rna:n muokkausta, jossa intronit poistetaan ja eksonit liitetään toisiinsa. Näin syntyy toimiva lähetti- RNA, joka siirtyy tumasta solulimaan ribosomille proteiinisynteesiä varten. Esitumallisen solun geenin koodaava alue on yhtenäinen eli siinä ei ole introneita. Koodaava alue kopioidaan siis yhtenäisenä valmiiksi lähetti- RNA:ksi eikä silmukointia tarvita. Jakso 1 29 Solut ja Eliöt

30 6. DNA:n ja RNA:n vertailua (yo s-06) Rakenne Tehtävät Toimipaikka solussa DNA Nukleotideista koostuva makromolekyyli, jossa on kaksi juostetta. Nukleotidissa fosfaattiosa, sokeriosa ja emäsosa. Neljänlaisia emäksiä: adeniini, guaniini, sytosiini ja tymiini. Sokeriosana deoksiriboosi. Sisältää perinnöllisen informaation. Siirtää perinnöllisen informaation sukupolvelta toiselle DNA:n kahdentumisessa. Tuman kromosomit Mitokondriot Viherhiukkaset RNA Nukleotideista koostuva makromolekyyli, jossa on yksi juoste. Nukleotidissa fosfaattiosa, sokeriosa ja emäsosa. Neljänlaisia emäksiä: adeniini, guaniini, sytosiini ja urasiili. Sokeriosana riboosi. Lähetti-RNA: perinnöllisen informaation kopiointi ja kuljetus solulimaan. Ribosomi-RNA: ribosomin rakennusaine. Siirtäjä-RNA: useita erilaisia, kuljettavat ja järjestävät aminohapot ribosomilla oikeaan järjestykseen aminohappoketjuksi. Tuma (lähetti-rna) Solulima 7. Solun osat ja proteiinisynteesi (yo s-12) a. 1 Soluseinä 2 Solukalvo 3 Vakuoli/solunesterakkula 4 Viherhiukkanen 5 Mitokondrio 6 Karkea solulimakalvosto 7 Tuma 8 Tumajyvänen 9 Golgin laite Jakso 1 30 Solut ja Eliöt

31 b. c. Kuva esittää kasvisolua, koska siinä on soluseinä, solunesterakkula ja viherhiukkanen. Ei voi olla eläinsolu, koska eläinsolussa ei ole edellä mainittuja rakenteita. Ei voi olla bakteerisolu, koska solussa on mm. tumakotelo. Proteiinisynteesissä ovat välttämättömiä seuraavat solurakenteet: Mitokondrio (numero 5), koska proteiinisynteesissä tarvitaan energiaa. Ribosomit (numero 6), niissä tapahtuu translaatio eli aminohappoketjun rakentuminen. Tuma (numero 7), jossa tapahtuu translaatio eli lähetti-rna:n rakentuminen DNA:n mallijuosteen ohjeen mukaan. Tumajyvänen (numero 8), jossa tuotetaan ribosomi-rna:ta. Golgin laite (numero 9), jossa tapahtuu solukalvolle siirtyvien ja solusta ulos eritettävien proteiinien muokkaus ja kuljetus. 8. Emäskolmikot ja aminohapot (yo k-10) a. b. c. Kun lähetti-rna:n emäsjärjestys: 5 UAU CCC CUG UAG 3, niin DNA:n mallijuosteen emäsjärjestys on ATA GGG GAC ATC. Syntyvä aminohappoketju on seuraava: tyrosiini, proliini, arginiini ja viimeiseksi tulee lopetuskoodi. Lopetuskoodi lopettaa aminohappoketjun valmistuksen ennenaikaisesti, joten ei voi syntyä toimivaa entsyymiä. Samalla aminohapolla on useita emäskolmikkokoodeja, joten vaikka yksi emäs muuttuisikin, niin aminohappo pysyy silti samana. Esimerkiksi arginiinilla on kuusi erilaista emäskolmikkokoodia. Joku seuraavista: Ensin DNA eristetään, sitten puhdistetaan proteiineista ja pilkotaan katkaisuentsyymillä paloiksi. Palat kloonataan bakteereissa ja halutut palat tunnistetaan koettimen avulla. Tunnistetut DNA-pätkät erotellaan elektroforeettisesti ja niiden tarkka emäsjärjestys määritetään sekvensoimalla. Ensin DNA eristetään, sitten puhdistetaan proteiineista ja pilkotaan katkaisuentsyymillä paloiksi. Sitten DNA-pätkät monistetaan PCRtekniikalla ja erotellaan elektroforeesin avulla. Lopuksi eri pätkien emäsjärjestykset määritetään sekvensoimalla. Ensin DNA eristetään, sitten puhdistetaan proteiineista ja pilkotaan katkaisuentsyymillä paloiksi. Sitten palat erotellaan elektroforeesissa ja niiden emäsjärjestykset määritetään sekvensoimalla. Jakso 1 31 Solut ja Eliöt

32 +9. Elämälle tärkeät molekyylit (yo s-11) A, vasemmanpuoleinen kuva: Vasemmanpuoleinen kuva esittää ATP-molekyyliä, jossa on kolme fosfaattiosaa, sokeriosana monosakkarideihin kuuluva riboosi ja emäksenä adeniini. Fosfaattiosien väliset sidokset sisältävät hyvin paljon energiaa. Solu saa kemiallisiin reaktioihin tarvitsemansa energian purkamalla fosfaattiosien välisiä sidoksia. Kun yksi fosfaattisidos purkautuu, syntyy ADP-molekyyli ja kun vielä toinen purkautuu, syntyy AMP-molekyyli. AMP-molekyylejä ladataan takaisin ATP-molekyyleiksi fotosynteesin valoreaktiossa, aerobisesti soluhengityksessä ja anaerobisesti käymisessä. Eräät bakteerit ja arkit tuottavat ATP:tä kemosynteesissä. Soluhengityksessä glykolyysi, sitruunahappokierto ja vedyn palaminen tuottavat yhteensä ATP-molekyyliä. Käymisreaktioissa syntyy vain 2 ATP-molekyyliä. A, oikeanpuoleinen kuva: Esittää DNA:n nukleotidia. Nukleotidi koostuu fosfaattiosasta, monosakkarideihin kuuluvasta deoksiriboosista ja emäksestä (kuvassa adeniini). Nukleotidit liittyvät toisiinsa juosteeksi. Kaksi erijuosteissa olevaa nukleotidia liittyy toisiinsa emästen välille syntyvien vetysidosten avulla ja syntyy kaksijuosteinen DNA-molekyyli. Emäsparisäännön mukaan vain adeniini ja tymiini voivat liittyä toisiinsa sekä sytosiini ja guaniini toisiinsa. DNA:ta on kromosomeissa, viherhiukkasissa ja mitokondrioissa sekä esitumallisten solujen plasmideissa. DNA-molekyylin koodaavan juosteen emäsjärjestys sisältää perinnöllisen tiedon. Koodi luetaan emäskolmikkoina: yksi emäskolmikko vastaa tiettyä proteiiniin tulevaa aminohappoa. DNA:n sisältämä perinnöllinen tieto siirtyy solusukupolvelta toiselle DNA kahdentumisen avulla. DNA:n kahdentuminen tapahtuu välivaiheen aikana. DNA-molekyyli avautuu, ja molempien alkuperäisten juosteiden rinnalle rakennetaan uudet juosteet tumassa olevista DNA-nukleotideista. Syntyneet sisarkromatidit jakautuvat tytärkromosomeiksi tuman jakautuessa kahdeksi tumaksi. Jakso 1 32 Solut ja Eliöt