Urmas LekkUrmas Lekk

20082008

Aine – ja energiavahetusAine – ja energiavahetus

““Inimese proportsioonid”Inimese proportsioonid” Leonardo da Vinci (15.04.1452 -02.05.1519)

SÜSTEEM ( SÜSTEEM ( systema – ühendus, tervik )systema – ühendus, tervik )

Süsteem on omavahel seotud objektide Süsteem on omavahel seotud objektide

( elementide) kogum. ( elementide) kogum.

Süsteeme moodustavad materiaalsed objektid Süsteeme moodustavad materiaalsed objektid ( heliotsentriline maailmasüsteem, keemiliste ( heliotsentriline maailmasüsteem, keemiliste elementide süsteem; eluslooduse kooslus),elementide süsteem; eluslooduse kooslus),

terminid, kasutusviisid (arvusüsteemid) ja terminid, kasutusviisid (arvusüsteemid) ja liigitusüksused (süstemaatika).liigitusüksused (süstemaatika).

AVATUD ja SULETUD SÜSTEEMAVATUD ja SULETUD SÜSTEEM

STAATILINE ja DÜNAAMILINE STAATILINE ja DÜNAAMILINE

SÜSTEEMSÜSTEEM

Maa on ............ ja .......... süsteem. MIKS?Maa on ............ ja .......... süsteem. MIKS?

Perpetuum mobile - Perpetuum mobile - igiliikurigiliikur

on kujutletav masin, mis mingit protsessi korrates on on kujutletav masin, mis mingit protsessi korrates on võimeline tegema piiramatult tööd, saamata võimeline tegema piiramatult tööd, saamata energiat väljaspoolt või masin, mis teeb piiramatult energiat väljaspoolt või masin, mis teeb piiramatult tööd, muutes kogu soojusallikalt saadava soojuse tööd, muutes kogu soojusallikalt saadava soojuse tööks. Paraku on see võimatu, sest mõlemad tööks. Paraku on see võimatu, sest mõlemad väited on vastuolus termodünaamika seadustega!väited on vastuolus termodünaamika seadustega!

Kas eluslooduse Kas eluslooduse perpetuum mobile ?perpetuum mobile ?

Ökosüsteem on pidevalt muutuv Ökosüsteem on pidevalt muutuv isereguleeruv süsteem.isereguleeruv süsteem.

Aine – ja energiavahetusAine – ja energiavahetus

ehk METABOLISMehk METABOLISM

on elu tunnus.on elu tunnus.

Nimeta veel olulisemad elu tunnused.Nimeta veel olulisemad elu tunnused.

Elusate asjade ja keskkonna vahel toimub Elusate asjade ja keskkonna vahel toimub pidev aine – ja energiavahetus.pidev aine – ja energiavahetus.

Energia vabaneb kudedes toimuval Energia vabaneb kudedes toimuval bioloogilisel oksüdatsioonil.bioloogilisel oksüdatsioonil.

******************************************************************************************

Autotroofid ( sh. kemosünteesijad )Autotroofid ( sh. kemosünteesijad )

HeterotroofidHeterotroofid

MiksotroofidMiksotroofid

Ainevahetus on füsioloogiline protsess, kus Ainevahetus on füsioloogiline protsess, kus loomorganismid muudavad toitainetega loomorganismid muudavad toitainetega saadavat energiat bioloogilise saadavat energiat bioloogilise oksüdatsiooni teeloksüdatsiooni teel

elutegevuseks sobivateks energialiikideks.elutegevuseks sobivateks energialiikideks.Bioloogiline oksüdatsioon toimub Bioloogiline oksüdatsioon toimub astmeliseltastmeliselt ensüümide ja koensüümide abil ensüümide ja koensüümide abil raku mitokondrites.raku mitokondrites.Reaktsioonide astmelisuse tõttu vabaneb Reaktsioonide astmelisuse tõttu vabaneb

energia järk-järgult.energia järk-järgult.

Toitainete bioloogiline oksüdatsioonToitainete bioloogiline oksüdatsioon

Oksüdatsiooniprotsess algab oksüdeeritavalt Oksüdatsiooniprotsess algab oksüdeeritavalt substraadilt vesinikioonide ja elektronide substraadilt vesinikioonide ja elektronide eemaldamisega ( dehüdrogeenimine ).eemaldamisega ( dehüdrogeenimine ).

********************************************************************************

*oksüdatsioon on elektronide loovutamine*oksüdatsioon on elektronide loovutamine

*reduktsioon on elektronide vastuvõtmine*reduktsioon on elektronide vastuvõtmine

********************************************************************************

Eemaldatud elektronid ja prootonid kantakse Eemaldatud elektronid ja prootonid kantakse ensüümide ja koensüümide abil hingamisahelas ensüümide ja koensüümide abil hingamisahelas nende lõppaktseptorile – õhuhapnikule.nende lõppaktseptorile – õhuhapnikule.

HINGAMISAHEL – mitokondrites toimuv HINGAMISAHEL – mitokondrites toimuv elektronide astmeline ülekandumine elektronide astmeline ülekandumine õhuhapnikule ning elektronide transpordil õhuhapnikule ning elektronide transpordil saadava energia arvel toimub ATP süntees.saadava energia arvel toimub ATP süntees.

Hingamisahelas vabanev energia läheb Hingamisahelas vabanev energia läheb osaliselt soojuseks, osaliselt soojuseks,

põhiosa aga akumuleeritakse ATP põhiosa aga akumuleeritakse ATP makroergilistesse sidemetesse.makroergilistesse sidemetesse.

1 glükoosi molekuli lõplikul oksüdatsioonil 1 glükoosi molekuli lõplikul oksüdatsioonil

sünteesitakse 38 ATP ( adenosiintrifosfaat) sünteesitakse 38 ATP ( adenosiintrifosfaat) molekuli.molekuli.

Salvestatud ATP energiat kasutab organism :Salvestatud ATP energiat kasutab organism :

*ainete aktiivtranspordiks*ainete aktiivtranspordiks

*biosünteesireaktsioonide läbiviimiseks*biosünteesireaktsioonide läbiviimiseks

*lihaste kontraktsiooniks*lihaste kontraktsiooniks

METABOLISM

FOTOSÜNTEES HINGAMINE

Millised on nende sarnasused?

Millised on erinevused?

Millised on erinevused?

Mida ma teada sain?

Kes või mis on pildil ?Kes või mis on pildil ?

ATP ehitusATP ehitus

Lämmastik-Lämmastik-

alusalus

RiboosRiboos

3 fosfaatrühma3 fosfaatrühma

ATP annab transportvalgu molekulile energiat, et ATP annab transportvalgu molekulile energiat, et see saaks oma kuju muuta.see saaks oma kuju muuta.

Toitainete energeetikaToitainete energeetika

Põhiainevahetus ( PAV )Põhiainevahetus ( PAV )

on energia hulk, mida organism vajab on energia hulk, mida organism vajab täielikus füüsilises ja vaimses puhkeolekus täielikus füüsilises ja vaimses puhkeolekus ärkvel olles ruumis, mille temperatuur on ärkvel olles ruumis, mille temperatuur on 18...20 C18...20 C°°,,

kusjuures viimasest söömisest peab olema kusjuures viimasest söömisest peab olema möödas 12...14 tundi.möödas 12...14 tundi.

PAV suurus oleneb isiku soost, vanusest, PAV suurus oleneb isiku soost, vanusest, kehamassist, pikkusest ja kehamassist, pikkusest ja sisesekretsiooninäärmete talitlusest.sisesekretsiooninäärmete talitlusest.

PAV suurus 1 mPAV suurus 1 m²² kehapinna kohta tunnis on kehapinna kohta tunnis on keskmiselt 170 kJ ( 40 kcal ) meestelkeskmiselt 170 kJ ( 40 kcal ) meestel

ja 155 kJ ( 35 kcal ) naistel.ja 155 kJ ( 35 kcal ) naistel.

1 kg kehamassi kohta tuleb tunnis 4,186 kJ 1 kg kehamassi kohta tuleb tunnis 4,186 kJ ( 1 kcal ) .( 1 kcal ) .

70 kg kaaluva mehe põhiainevahetuse suurus 70 kg kaaluva mehe põhiainevahetuse suurus on seega 7032 kJ ( 1680 kcal ) on seega 7032 kJ ( 1680 kcal )

SI- süsteemis on töö ( energia ) ühikuks džaulSI- süsteemis on töö ( energia ) ühikuks džaul

1 J = 1Nm = 1 kg m1 J = 1Nm = 1 kg m²² sˉ sˉ²²

Seda ühikut kasutatakse erinevate Seda ühikut kasutatakse erinevate energialiikide ( mehhaaniline-, soojus-, energialiikide ( mehhaaniline-, soojus-, elektri-, tuuma- ) käsitlemisel.elektri-, tuuma- ) käsitlemisel.

1 kcal = 4, 1868 x 101 kcal = 4, 1868 x 10³³ J J

1kWh = 3,6 x 1000000 J1kWh = 3,6 x 1000000 J

Võimsuse ehk ajaühikus sooritatud töö ühik Võimsuse ehk ajaühikus sooritatud töö ühik SI –süsteemis on vatt : 1 W = 1J sˉSI –süsteemis on vatt : 1 W = 1J sˉ¹¹

1 kcal / h = 1,163 W1 kcal / h = 1,163 W

1paskal = 1 Pa = 1 N m1paskal = 1 Pa = 1 N mˉ̄²²

******************************************************************************************

1 atm = 760 mmHg = 101325 Pa 1 atm = 760 mmHg = 101325 Pa

1 bar = 100 x 101 bar = 100 x 10³³ Pa Pa

1 mmHg = 133, 322 Pa1 mmHg = 133, 322 Pa

Töö sooritatakse tehtud aja jooksul.Töö sooritatakse tehtud aja jooksul.

Võimsus on seda suurem, mida suurem on Võimsus on seda suurem, mida suurem on ajaühikus tehtud töö.ajaühikus tehtud töö.

Keskmine võimsus : Pk = W / tKeskmine võimsus : Pk = W / t

Võimsuse ühik on W = P = 1 J/s = 1W =1 vattVõimsuse ühik on W = P = 1 J/s = 1W =1 vatt

Hobujõud : 1 hj = 736 WHobujõud : 1 hj = 736 W

Töö sooritamiseks vajatakse energiat. Niisiis Töö sooritamiseks vajatakse energiat. Niisiis võimsus kujutab endast ka energia kulutust võimsus kujutab endast ka energia kulutust ajaühikus.ajaühikus.

InimeneInimene, kelle mass on , kelle mass on 70 kg70 kg kulutab päevas kulutab päevas umbes 10 MJ energiat.umbes 10 MJ energiat.

Sellest tulenev Sellest tulenev keskmine võimsuskeskmine võimsus

( ainevahetuse võimsus ) on ( ainevahetuse võimsus ) on

Pk = 10000000 J / (24x60x60) s Pk = 10000000 J / (24x60x60) s ~~ 120 W120 W

Orgaaniliste ainete energeetikaOrgaaniliste ainete energeetika

SAHHARIIDID SAHHARIIDID

• 1 grammi glükoosi lõplik lõhustamine 1 grammi glükoosi lõplik lõhustamine inimorganismis annab inimorganismis annab ~~ 4,1 kcal energiat 4,1 kcal energiat

ja oleks soodne, kui organismi üldisest ja oleks soodne, kui organismi üldisest energiabilansist kaetaks süsivesikute energiabilansist kaetaks süsivesikute

arvelt kuni 60 %arvelt kuni 60 %

( Lisa : lk.19-20 “Inimtoidu loomulikud ... “ )( Lisa : lk.19-20 “Inimtoidu loomulikud ... “ )

LIPIIDID LIPIIDID

• 1 grammi lipiidide täielikul lõhustamisel 1 grammi lipiidide täielikul lõhustamisel inimorganismis vabaneb inimorganismis vabaneb ~~ 9,3 kcal energiat 9,3 kcal energiat

ja oleks soodne, kui organismi üldisest ja oleks soodne, kui organismi üldisest energiabilansist kaetaks lipiidide energiabilansist kaetaks lipiidide

arvelt 26 kuni 30 %arvelt 26 kuni 30 %

VALGUDVALGUD

1 grammi valkude täielikul 1 grammi valkude täielikul lõhustamisel inimorganismislõhustamisel inimorganismis vabaneb vabaneb ~~ 4,1 kcal energiat 4,1 kcal energiat ja oleks soodne, kui organismi ja oleks soodne, kui organismi üldisest energiabilansist kaetaks üldisest energiabilansist kaetaks valkudevalkude arvelt 12 kuni 13 %arvelt 12 kuni 13 %

Kleiberi seaduse Kleiberi seaduse

järgi inimese järgi inimese

( M = 70 kg ) ( M = 70 kg )

põhienergiavahetuse põhienergiavahetuse

võimsus võimsus

on umbes 100 - 120 Won umbes 100 - 120 W

AVATUD ja DÜNAAMILINE SÜSTEEMAVATUD ja DÜNAAMILINE SÜSTEEM

Va-nus

aastates

Kaal (kg)

Pikkus (cm)

Kcal päevas

Mehed 18-22 67 175 2800

22-35 70 175 2800

35-55 70 172 2600

55-75 70 170 2400

Naised 18-22

58 162 2000

22-35

58 162 2000

35-55

58 159 1850

55-75

58 157 1700

Elukutse alusel jaotatakse töötav elanikkond (18... 60 a. vanused) Elukutse alusel jaotatakse töötav elanikkond (18... 60 a. vanused) viide tööraskuse rühma:viide tööraskuse rühma:

I rühm — inimesed, kelle töö ei ole seotud kehalise tegevusega I rühm — inimesed, kelle töö ei ole seotud kehalise tegevusega või ,kelle füüsiline pingutus on minimaalne, nagu vaimsel alal või ,kelle füüsiline pingutus on minimaalne, nagu vaimsel alal töötajad, .teenistujad, kes töötavad istudes või need, kellelt töötajad, .teenistujad, kes töötavad istudes või need, kellelt nõutakse suurt tähelepanu ja närvipinget (dispetšerid, nõutakse suurt tähelepanu ja närvipinget (dispetšerid, juhtimispultidel töötajad jne.);juhtimispultidel töötajad jne.);

II rühm — töötajad mehhaniseeritud töö alal ja teenindussfääris, II rühm — töötajad mehhaniseeritud töö alal ja teenindussfääris, kelle töö ei nõua olulist füüsilist pingutust. Siia kuuluvad kelle töö ei nõua olulist füüsilist pingutust. Siia kuuluvad raadioelektroonika ja automaatjuhtimise töötajad, õmblejad, raadioelektroonika ja automaatjuhtimise töötajad, õmblejad, konduktorid, müüjad, medõed ja sanitarid;konduktorid, müüjad, medõed ja sanitarid;

III rühm — mehhaniseeritud tööaladel ja teenindussfääris III rühm — mehhaniseeritud tööaladel ja teenindussfääris töötajad, kelle töö toimub märkimisväärsete füüsiliste töötajad, kelle töö toimub märkimisväärsete füüsiliste pingutustega, nagu stantsijad, trammi- ja trollijuhid, postiljonid, pingutustega, nagu stantsijad, trammi- ja trollijuhid, postiljonid, enamik ühiskondlikus toitlustuses töötajatest jne.enamik ühiskondlikus toitlustuses töötajatest jne.

IV rühm — osaliselt või täielikult mehhaniseerimata tööd tegevad IV rühm — osaliselt või täielikult mehhaniseerimata tööd tegevad inimesed, kelle töö on füüsiliselt raske. Siia kuuluvad näiteks inimesed, kelle töö on füüsiliselt raske. Siia kuuluvad näiteks kaevurid, ehitus- ja metsatöölised, veomasinate juhid, kaevurid, ehitus- ja metsatöölised, veomasinate juhid, metallurgid, enamik põllumajandustöötajaid jne.metallurgid, enamik põllumajandustöötajaid jne.

V rühm — eriti raske füüsilise töö tegijad nagu betoneerijad, V rühm — eriti raske füüsilise töö tegijad nagu betoneerijad, terase-sulatajad, puutüvede järkajad metsatöödel, laadijad ja terase-sulatajad, puutüvede järkajad metsatöödel, laadijad ja ehitusmaterjalide .tootjad, kelle töö ei ole mehhaniseeritudehitusmaterjalide .tootjad, kelle töö ei ole mehhaniseeritud