Materija -

2. У живим организмима се сваког тренутка одиграва на хиљаде
реакција катализованих специфичним ензимима. Сви ови хемијски
процеси су строго контролисани и међусобно повезани, при чему
производ једног процеса постаје реактант за други, из овог опет
проистичу реактанти за трећи, итд. Збир свих реакција које се
одигравају у неком живом организму чине његов метаболизам
(грчки metabole - промена). Иако сваки живи организам поседује
значајне специфичности, ипак се неки метаболички путеви у готово
свим живим организмима одигравају на исти начин. Ови
метаболички путеви се називају основни или заједнички
метаболички токови.
Пре него што дамо преглед основних метаболичких токова,
потребно је да се упознамо са изворима из којих потиче материја и
енергија неопходна за живот ћелија.

3. Извори угљеника и енергије
Организми се, на основу хемијског облика угљеника који користе за
своје потребе, могу поделити у две основне групе. Аутотрофни
организми (грчи autos - сам, само, trofe - храна; дакле, то су
организми који се сами хране) користе угљен-диоксид као извор
угљеника и из њега, у присуству воде и сунчеве светлости, изграђују
угљенични скелет свих органских биомолекула. Хетеротрофни
организми (грчки heteros - други; дакле, то су организми које други
хране) не могу да користе угљен-диоксид, већ морају добити
угљеник у релативно сложеном, редукованом облику, као што је, на
пример, глукоза. Организми који имају способност фотосинтезе
(биљке, алге и неки микроорганизми) су аутотрофни организми, док
су више животиње и већина микроорганизама хетеротрофни.

5. Међутим, иако изгледа да су аутотрофни организми довољни сами
себи, док хетеротрофни зависе од аутотрофних, ипак су ове две
врсте организама међусобно зависне у погледу исхране. Наиме, ако
посматрамо биосферу у ширем смислу, видећемо да аутотрофни и
хетеротрофни организми једни друге хране (тзв. синтрофија или
заједничка исхрана). Први производе органска једињења, као што је
глукоза, од атмосферског угљен-диоксида и воде и ослобађају
кисеоник. Други користе глукозу и атмосферски кисеоник за своје
метаболичке потребе и враћају поново угљен-диоксид и воду у
атмосферу. Дакле, угљен-диоксид и кисеоник непрекидно круже
биосфером. Описана зависност је приказана на слици 1. и назива се
циклус угљеника и кисеоника.

6. Слика 1. Кружење угљеника и кисеоника
Израчунато је да годишње кроз биолошки циклус угљеника прође
3,5 х 1011 тона угљен-диоксида. (Ову количину фотосинтетски
организми преведу у органска једињења, а затим хетеротрофи
поново врате у атмосферу).

8. Протицање енергије је у тесној вези са циклусом угљеника. Наиме,
као што је на слици 1. назначено, фотосинтетски организми преводе
сунчеву енергију у хемијску енергију глукозе и других органских
једињења, коју затим користе хетеротрофи за своје активности у
којима се троши енергија. Зато се аутотрофни организми називају и
фототрофи (користе светлосну енергију за грађење хранљивих
материја), а хетеротрофни организми хемиотрофи (користе
хемијску енергију за своје потребе).
Дакле, сунчева енергија је извор укупне ћелијске енергије, било да
се ради о аутотрофима (фототрофима) или хетеротрофима
(хемиотрофима). Као што се из дијаграма, приказаног на слици 2.,
сунчева енергија се преводи у хемијску енергију, коју затим, како
аутотрофи, тако и хетеротрофи користе за своје животне
активности: кретање (контракције), пренос (кроз мембране) и
биосинтезу. На крају се, међутим, трансформисана сунчева енергија
расипа у неупотребљивом облику, као топлота, односно повећање
ентропије система (дакле, нема кружења енергије).

9. Слика 2. Дијаграм извора и преноса енергије
Биолошки енергетски проток обухвата огромне количине енергије.
Фотосинтетски организми годишње преведу око 4 х 1019 кЈ сунчеве
енергије у хемијску енергију, процесом који је познат као
фотосинтеза.

10. КРУЖЕЊЕ АЗОТА
Азот је још један важан елемент који кружи кроз живе
организме у биосфери. Као и у циклусу угљеника, и овде
постоји тесна веза у исхрани различитих типова организама.
Иако је распрострањеност молекулског азота у атмосфери
огромна (78 % ваздуха чини азот), он је хемијски инертан и
неупотребљив за већину организама. Већина организама
користи азот за изградњу важних биомолекула (протеина,
нуклеинских киселина, витамина) само ако је он у
оксидованом (нитрити, нитрати) или редукованом (амонијак)
облику. Извори ових облика азота су, међутим, ограничени у
површинским водама и земљишту и због тога непрекидно
круже биосфером (слика 3).

11. Слика 3. Кружење азота
у спољну средину у облику амонијака или урее (која се затим
разлаже на амонијак и угљен-диоксид). Бактерије из земљишта
реоксидују амонијак у нитрате, које биљке могу поново користити.
Постоје и малобројне бактерије које могу везати (фиксирати)
атмосферски азот и трансформисати га до амонијака или нитрата,
обезбеђујући тако додатни извор једињења азота.
У циклусу азота биљке
добијају највећи део потребног
азота у облику нитрата, који
користе за синтезу
аминокиселина и других
једињења са азотом. Ова
једињења животиње уносе у
организам храном и користе за
одржавање животних
функција. Вишак унетог азота
животињски организми излучују