Energiomsetning i celler – eksamensoppgaver med fasit

Eksamensoppgaver – Kapittel 1: Energiomsetning i celler

Eksamenstypiske oppgaver på 5–6-nivå

Del 1 – Kortsvarsoppgaver

Oppgave 1.1 – ATP og energiomsetning (6 poeng)

a) Forklar hva ATP er og hvilken rolle det spiller i cellens energiomsetning. (2 poeng)

b) Beskriv ATP-syklusen og forklar hva som menes med «substratsnivåfosforylering» kontra «oksidativ fosforylering». (4 poeng)

a) ATP = adenin + ribose + 3 fosfatgrupper. Energirik ytterste fosfatbinding. Hydrolyse → ADP + Pᵢ + ~30,5 kJ/mol. Universell energibærer i alle levende celler.

b) ATP-syklus: ADP + Pᵢ + energi → ATP (fotosyntese/celleånding) og ATP → ADP + Pᵢ + energi (mekanisk arbeid, biosyntese). Substratsnivå: direkte fosfatoverføring fra organisk substrat til ADP (glykolyse trinn 7/10, Krebssyklus). Oksidativ: indirekte, via ETK og kjemiosmose (protongradienten driver ATP-syntase).

Oppgave 1.2 – Fotosyntese (8 poeng)

a) Gjør rede for lysreaksjonene i fotosyntesen. Hva skjer i FS II og FS I? (4 poeng)

b) Beskriv Calvin-syklusen. Hva er rollen til RuBisCO, ATP og NADPH? (4 poeng)

a) FSII (~680 nm): vann spaltes (2 H₂O → 4 H⁺ + 4 e⁻ + O₂), elektroner overtas av plastoquinon → ETK pumper H⁺ → ATP-syntase → ATP. FSI (~700 nm): NADP⁺ + H⁺ + 2 e⁻ → NADPH. Fotofosforylering = ATP via protongradient i thylakoid.

b) Tre faser: (1) CO₂ fikseres av RuBisCO til RuBP → 3-PGA; (2) 3-PGA reduseres med ATP+NADPH til G3P; (3) G3P regenererer RuBP (forbruker ATP). 3 CO₂ → 1 netto G3P krever 9 ATP og 6 NADPH.

Oppgave 1.3 – Celleånding (10 poeng)

a) Beskriv glykolysen: sted, inn- og utgangsstoffer, ATP-utbytte. (3 poeng)

b) Gjør rede for Krebssyklus: inn- og utgangsstoffer, produkter per runde og per glukose. (4 poeng)

c) Forklar oksidativ fosforylering og kjemiosmose, og beregn totalt ATP-utbytte fra én glukose. (3 poeng)

a) Sted: cytoplasma. Inn: glukose, 2 ATP (investering). Ut: 2 pyruvat, 4 ATP brutto (2 ATP netto), 2 NADH.

b) Inn: 2 acetyl-CoA (etter pyruvat-oksidasjon). Per runde: 3 NADH, 1 FADH₂, 1 GTP (≈1 ATP), 2 CO₂. Per glukose: 6 NADH, 2 FADH₂, 2 ATP, 4 CO₂.

c) ETK overfører e⁻ fra NADH/FADH₂ til O₂ → H₂O. Protonpumping skaper PMF. H⁺ gjennom ATP-syntase → ATP. Totalt per glukose: Glykolyse 2 ATP + 2 NADH (≈3 ATP fra ETK), pyruvat-oks. 2 NADH (≈5 ATP), Krebssyklus 2 ATP + 6 NADH (≈15 ATP) + 2 FADH₂ (≈3 ATP) = ~30–32 ATP totalt.

Oppgave 1.4 – Anaerob vs. aerob respirasjon (6 poeng)

Sammenlign aerob celleånding og melkesyregjæring med tanke på: sted i cellen, ATP-utbytte, sluttprodukt, og biologisk kontekst. Forklar dessuten hva som menes med «oksygensoppgjøret» etter intenst arbeid.

Aerob: cytoplasma + mitokondrie, ~30–32 ATP, CO₂ + H₂O, hvilende/utholdende aktivitet. Melkesyre: kun cytoplasma, 2 ATP, laktat + H⁺, intenst kortvarig arbeid uten tilstrekkelig O₂-tilgang. Oksygensoppgjøret: Etter aktivitet er O₂-forbruk forhøyet (EPOC) for å oksidere laktat tilbake til pyruvat/glukose, resyntetisere ATP og kreatin-fosfat, og normalisere fysiologien.

Oppgave 1.5 – Kjemosyntese og ATP-syntase (6 poeng)

a) Forklar hva kjemosyntese er og gi to eksempler på kjemoautotrofe organismer og deres energikilde. (3 poeng)

b) Beskriv ATP-syntasens mekanisme («binding-change-mekanismen») og forklar hva kjemiosmose er. (3 poeng)

a) Kjemosyntese: CO₂-fiksering drevet av energi fra oksidasjon av uorganiske forbindelser (ikke lys). Eks.: Nitrosomonas (NH₃ → NO₂⁻), Thiobacillus (H₂S → S), jernbakterier (Fe²⁺ → Fe³⁺). Skjer bl.a. ved hydrothermale ventiler.

b) ATP-syntase Fₒ-enhet: c-ring roterer drevet av H⁺-fluksen gjennom membranen. F₁-enhet: tre β-subenheter veksler O→L→T; i T-konformasjon kondenseres ADP + Pᵢ til ATP. Kjemiosmose (Mitchell 1978): protongradient over membran (PMF) = drivkraft for ATP-syntese.