Sporti tehes toimub sinu kehaga mitmeid muutusi. Sa hakkad hingeldama ja sinu pulss kiireneb. Samuti tõmbub sinu nahk higiseks – sul hakkab palav. Aktiivselt liikudes kulutavad sinu lihasrakud rohkem energiat. Kuidas on energiakulu suurenemine seotud hingeldamise, südame pekslemise ja higistamisega?
- Kust pärineb energia, mida elusolendite rakud kulutavad?
Rakkude energiaallikas
Rakkude energiaallikaks on toitained, mida sa omastad toitu seedides. Toitaineid toodavad taimed fotosünteesi käigus. Hingamine on vajalik toitainetes sisalduva energia vabastamiseks. Vaatleme mõlemat protsessi lähemalt.
Energia salvestamine: fotosüntees
Taime rohelistes lehtedes toimuv fotosüntees on keemiline reaktsioon. Selle käigus muunduvad süsihappegaas ja vesi glükoosiks (viinamarjasuhkruks). Jääkainena tekib fotosünteesil hapnik. Õhu koostises olev hapnik pärineb fotosünteesist.
Fotosünteesi toimumiseks on vaja ka valgust. Fotosünteesil kasutavad taimed valgusenergiat, et toota glükoosi. Glükoos on toitaine – keemilise energia varu.
süsihappegaas + vesi + valgus → glükoos + hapnik
Osa fotosünteesil toodetud glükoosi kasutab taim oma elutegevuseks ära. Üle jääv glükoos on lähteaineks muude toitainete (tärklis, õlid, rasvad) valmistamisel, mida taimed varuvad juurtesse, viljadesse ja muudesse osadesse. Glükoosist ja tärklisest valmistab taim ka kasvamiseks vajalikke valke ja tselluloosi.
Energia kasutamine: rakuhingamine
Glükoosis salvestatud keemilise energia vabastamiseks toimub rakkudes keemiline reaktsioon, mida nimetatakse rakuhingamiseks. Glükoos reageerib hapnikuga ning laguneb süsihappegaasiks ja veeks. Reaktsiooni käigus eraldub energiat soojusena. Selle soojuse arvel toimuvad muud raku eluks vajalikud keemilised reaktsioonid ja protsessid.
glükoos + hapnik → süsihappegaas + vesi + soojus
Rakuhingamise lähteainet glükoosi omastame toitu seedides. Hapniku omastamiseks ja rakuhingamise jääkainest, süsihappegaasist vabanemiseks hingame sisse-välja. Glükoosi, hapnikku ja süsihappegaasi transpordib keha eri osadesse veri.
Sportides suureneb lihasrakkude energiakulu ning rakuhingamine kiireneb. Kuna hapnikku kulub ja süsihappegaasi tekib rohkem kui puhkeolekus, hakkad sagedamini hingama. Ainete kiiremaks transportimiseks paneb süda vere kiiremini ringlema. Kehatemperatuur tõuseb rakuhingamisel eralduva soojuse tõttu.
Fotosünteesi uurimine
Fotosünteesi toimumiseks vajalik aine on süsihappegaas. Kuidas sõltub fotosünteesi kiirus taimele kättesaadava süsihappegaasi kogusest? Seda probleemi hakati Anu klassis uurima.
Fotosünteesi mõjutavate tegurite uurimiseks on sobiv taim kanada vesikatk. Kui murda vesikatku varrest umbes 5-sentimeetrine tükk ja asetada see vee alla, hakkab varre otsast vette eralduma gaasimulle. See gaas on fotosünteesil tekkiv hapnik. Fotosünteesi intensiivsuse ehk kiiruse hindamiseks tuleb loendada, mitu mulli eraldub taimest kindla aja, näiteks poole minuti jooksul.
Arutelu teel püstitati hüpotees: mida rohkem on vees lahustunud süsihappegaasi, seda kiiremini toimub vesikatkus fotosüntees ja seda rohkem hapnikumulle eraldub taimest võrdse aja jooksul.
Hüpoteesi kontrollimiseks tuli kavandada katse. Uurimuses on vaja muuta vee süsihappegaasi sisaldust. Muud võimalikud fotosünteesi mõjutavad tingimused (valgus, vee temperatuur) peavad katse käigus jääma samaks. Suure süsihappegaasi sisaldusega on gaseeritud (karboniseeritud) vesi. Väiksema süsihappegaasi sisaldusega vett saab valmistada, kui lisada gaseeritud veele tavalist kraanivett.
Katse käik. Klaasnõusse mõõdeti 200 ml toasooja gaseeritud vett. Vesikatku varretüki külge kinnitati raskuseks kirjaklamber. See asetati gaseeritud vette, varre ots üleval pool.
Anul ja Maril tekkis kohe katse alguses probleem. Nende taime varrest hakkas eralduma nii palju pisikesi mulle, et neid oli võimatu loendada. Õpetaja soovitas neil varreotsa lõigata ja näpistada, kuni sellele hakkavad kogunema suuremad mullid. Vesikatkust võiks eralduda poole minutiga 20–40 mulli.
Nüüd sai hakata mulle loendama. Anu loendas varre otsast poole minuti jooksul eralduvaid hapnikumulle, Mari aitas kellaga aega mõõta. Kuna mullid ei eraldunud ühtlase kiirusega, korrati loendamist veel kaks korda.
Seejärel lisati klaasnõusse 50 ml toasooja kraanivett ning loendati mulle uuesti. Sama palju kraanivett lisati veel kahel korral. Kõik tulemused kirjutati üles ning nende põhjal koostati graafik.
Gaseeritud | Gaseerimata | Hapnikumulle 30 sekundiga | |||
Katse 1 | Katse 2 | Katse 3 | Katse 4 | ||
200 | 0 | 20 | 18 | 16 | 18,0 |
200 | 50 | 8 | 9 | 8 | 8,3 |
200 | 100 | 6 | 8 | 4 | 6,0 |
200 | 150 | 5 | 5 | 4 | 4,7 |
Katse tulemustest järeldus, et õpilaste hüpotees osutus tõeseks. Mida suurem oli süsihappegaasi sisaldus vees (mida vähem oli gaseeritud veele lisatud kraanivett), seda kiiremini fotosüntees toimus.
Pean meeles
- Fotosüntees on taimedes toimuv keemiline reaktsioon.
- Fotosünteesil muundub süsihappegaas ja vesi valguse toimel hapnikuks ja glükoosiks.
- Glükoos on toitaine – keemilise energia varu.
- Rakuhingamine on taimedes ja loomades toimuv keemiline reaktsioon.
- Rakuhingamisel muundub glükoos ja hapnik süsihappegaasiks ja veeks. Reaktsioonil eralduv soojus on rakkude energiaallikas.
Küsimusi ja ülesandeid
- Loenda, mitu korda sa hingad sisse ja välja puhkeolekus poole minuti jooksul. Seejärel tee kükke vms. Pärast seda mõõda hingamissagedust uuesti. Miks hingamissagedus suurenes?
- Millised energia muundumised toimuvad fotosünteesi ja rakuhingamise käigus?
- Selgita vesikatkuga tehtud katset. Millest ilmneb, et fotosüntees toimub kiiremini rohkem süsihappegaasi sisaldavas vees?
- Joonisel on kujutatud õhu süsihappegaasi sisalduse muutumist ööpäeva jooksul.
Millal on süsihappegaasi õhus kõige rohkem, millal kõige vähem? Kuidas muutub süsihappegaasi hulk õhus päeva jooksul, öö jooksul? Põhjenda süsihappegaasi hulga muutumist õhus taimede ja loomade elutegevusega. Oleta, kuidas muutub süsihappegaasi hulk õhus aasta jooksul.
Praktiline töö: hingamine ja õhu koostis.
