Yleinen biologia/Yhteyttäminen

Yhteyttäminen eli fotosynteesi on biokemiallinen prosessi, jossa kasvit (ja muut eliöt) tuottavat hiilidioksidista ja vedestä auringon säteilyenergian avulla happea sekä glukoosia, jota kasvi käyttää ravintona. Yhteyttävää pigmenttiä kutsutaan lehtivihreäksi eli klorofylliksi. Klorofylliä on kasvien (lehti)solujen viherhiukkasissa eli kloroplasteissa.

6 H₂O + 6 CO₂ + valo → C₆H₁₂O₆ (glukoosi) + 6 O₂

Kuusi molekyyliä vettä H₂O ja kuusi hiilidioksidia CO₂ muodostavat glukoosin lisäksi kuusi happimolekyyliä. Perusreaktio aikaisemmin jo ennen yhteyttämistä oli sähköinen veden hajoittaminen vedyksi ja hapeksi ja yhteyttämisessä tämä toteutuu suoraan valokvantin energiasta. Toinen sähköinen eli ionisoiva reaktio on hiilidioksidin jakaminen CO- ja happi-ioneiksi.

Perustuote on glukoosi eli rypälesokeri (C₆H₁₂O₆). Glukoosi puolestaan on koko kasvien ainestuotannon lähtökohta. Yhteyttämiseen kuluva aika on sekunnista kolmeen sekuntiin valon aallonpituuden mukaan.

Syanobakteerit olivat ensimmäisiä yhteyttäviä eliöitä. Kasvien kloroplastit ovat endosymbioositeorian mukaan syntyneet kasvisolujen sisään joutuneista syanobakteereista. Myös levät voivat yhteyttää (esim. sinilevät). Leviä on sekä yksi-, että monisoluisia. Jäkälä puolestaan on sienen ja mahdollisesti useammankin leväosakkaan symbioosi, jossa on ominaisuuksia molemmista.

Yhteyttämisen myötä happi tuli hiilidioksidin sijasta typen rinnalle ilmakehän toiseksi ainesosaksi. Happamuus väheni huomattavasti ilmasta ja vesistä, mikä mahdollisti monipuolisemman biodiversiteetin.

Sokerit

Sokerit ovat laaja joukko kemiallisia yhdisteitä, joita käytetään eliöissä energian varastointiin. Kasveissa olevat varastoidut sokerit toimivat ihmisten ja eläinten ravintoaineena. Ihmisen päivittäisestä energiantarpeesta yli puolet tulee erilaisista hiilihydraateista. Aivot käyttävät ensisijaisesti glukoosia energianlähteenään.

Yleisimmin käytetty sokeri on ruokosokeri (C₁₂H₂₂O₁₁).

Monosakkaridit

Monosakkaridit ovat perussokereita, niissä on yksi sakkaridirengas, jossa on viisi tai kuusi hiilimolekyyliä ja liittyneenä muita ryhmiä. Viisihiiliset renkaat ovat pentooseja, kuusihiiliset heksooseja.

Tärkeimmät heksoosit ovat:

glukoosi (rypälesokeri) (C₆H₁₂O₆)
fruktoosi (hedelmäsokeri) (C₆H₁₂O₆)
galaktoosi (C₆H₁₂O₆)

Glukoosissa, fruktoosissa ja galaktoosissa on rengasmuodossa hiilirenkaassa viisi hiilimolekyyliä ja yksi happimolekyyli. Renkaaseen on liittynyt hydroksyyliryhmiä, joiden sijainti vaikuttaa molekyylin ominaisuuksiin. Luonnossa heksoosit esiintyvät pääasiassa rengasmuodossa, mutta reagoivat avoketjuisina.

Glukoosi on verenkierrossa käyttökelpoisessa muodossa, käytettäväksi soluissa energian tuotantoon. Glukoosia saadaan runsaasti makeista hedelmistä, marjoista ja hunajasta, sen pitoisuutta veressä säätelee insuliini. Fruktoosia on myös marjoissa, kasviksissa ja hunajassa. Maksa muuntaa galaktoosia ja fruktoosia glukoosiksi, joten ne imeytyvät hitaammin.

Pentooseja:

riboosi (C₅H₁₀O₅)
deoksiriboosi (C₅H₁₀O₄)

Riboosi ja deoksiriboosi ovat DNA:n ja RNA:n rakennusaineita.

Disakkaridit

Monimutkaisemmat disakkaridit koostuvat kahdesta sakkaridista jotka yhdistyvät glykosidisidoksella vesimolekyylin lohjetessa. Sidoksessa on happiatomin muodostama silta. Disakkaridit hajoavat ruuansulatuksessa entsyymien vaikutuksesta monosakkarideiksi, jotka imeytyvät suolen seinän läpi. Kuutta yleisintä mono- ja disakkaridia nimitetään ravitsemustaulukoissa sokereiksi. Kaikki maistuvat makeilta.

Tärkeimmät disakkaridit ovat:

sakkaroosi (ruokosokeri) (C₁₂H₂₂O₁₁)
maltoosi (mallassokeri) (C₁₂H₂₂O₁₁)
laktoosi (maitosokeri) (C₁₂H₂₂O₁₁)

Sakkaroosi koostuu glukoosista ja fruktoosista. Sitä saadaan sokerijuurikkaasta ja ruo'osta.

Maltoosi (glukoosi+glukoosi) esiintyy maltaissa, se on oluen valmistuksessa alkoholiksi käyvä sokeri.

Laktoosi (glukoosi+galaktoosi) esiintyy maitotuotteissa. Se aiheuttaa vatsavaivoja ihmisille, joilta puuttuu laktoosia hajottava laktaasi-entsyymi, laktoosin hajoamisen estyessä paksusuolen bakteerit käyttävät sen ravintonaan.

Polysakkaridit

Polysakkaridit ovat useammasta kuin kahdesta sakkaridista muodostuvia polymeerejä. Niitä ei voi enää perinteisessä mielessä pitää "sokereina".

glykogeeni
tärkkelys
kuitu

Glykogeeni on hiilihydraattien varastomuoto soluissa. Soluissa entsyymit varastoivat glykoosia haaroittuneeseen glykogeeni-molekyyliin, josta se vapautetaan tarvittaessa. Kasveilla varastomuoto on tärkkelys.

Tärkkelys koostuu kymmenistä-sadoista glukoosimolekyyleistä. Sitä esiintyy viljan jyvissä ja perunassa, jossa se toimii kasvien vararavinnon varastointimuotona. Ihmisen ruoansulatus pilkkoo tärkkelyksen glukoosiksi.

Selluloosa kostuu jopa miljoonista glukoosimolekyyleistä. Sitä esiintyy kasvien varsissa ja puiden rungoissa. Se ei hajoa ihmisen ruoansulatuksessa, mutta on suoliston toiminnalle tärkeä kuitu. Kasvinsyöjien suolisto pystyy hajottamaan selluloosaa ravinnoksi. Eräs tärkeä selluloosan käyttötarkoitus on paperituotteiden valmistus.

Harvinaisempia sokereita ihmisen elimistö ei pysty hajottamaan, vaan suoliston bakteerit käyttävät ne ravinnokseen tuottaen kaasua. Herneissä ja pavuissa on tälläisiä harvinaisista oligosakkarideja, joissa sakkarideihin sitoutuu myös aminohappoja.