Osnove biljnog i životinjskog metabolizma

U prirodi (živoj i neživoj) stalno se dešavaju promene. Promene u živom svetu usmerene su ka njegovom održanju i napredovanju.

Zelena jabuka je kisela. Za nekoliko nedelja jabuka sa istog stabla je slatka i crvena. Ako jabuke ne poberemo na vreme, postaju brašnjave (neukusne) i mirišljave. Kuvanjem možemo da utvrdimo da su one i dalje slatke. Koje su se promene izdešavale u plodu jabuke?

U zelenoj jabuci preovlađuje samo jedan pigment-hlorofil, koji uzrokuje zelenu boju. Kiselost nam govori da se u njoj nalaze neke kiseline (taninska).

Zrela jabuka je crvena zbog prisustva (anto)cijanskih pigmenata. Slatka je jer sadrži šećere. Otkuda šećeri u jabuci?

U prezreloj jabuci su se pojavila mirišljave supstance (etri i estri). Nestale su kiseline, a šećer kao da je zarobljen.

Proučavanjem prostih osobina jedne jabuke naišli smo na veliki broj pitanja. Sva ona nas navode da počenmo da otkrivamo kako zaista funkcioniše svaki živi organizam pa i jabuka.

Za obavljanje životnih procesa potrebna je energija. Živo biće je visoko uređen sistem. Bez energije spontani procesi u njemu vodili bi neuređenosti (drugi zakon termodinamike).

Sva živa bića, posredno ili neposredno dobijaju energiju iz ovog procesa. Fotosinteza je proces koji se odvija u zelenim biljkama. U prisustvu sunčeve svetlosti, hlorofila i enzima iz neorganskih supstanci (voda, CO₂) sintetišu se monosaharidi. Zbirna reakcija fotosinteze je:

nH₂O + nCO₂ ------> C_n(H₂O)_n + nO₂

Proces je, međutim, znatno složeniji. U osnovi se deli na deo kome je potrebna sunčeva energija i na "mračni deo".

Hlorofil upija veliki deo sunčevog spektra, a dodatne talasne dužine upijaju i karotenski pigmenti. Voda, usisana preko korena, se razbija, pod uticajem sunčeve energije, razbija na vodonik i kiseonik. Deo kiseonika se ispušta u vazduh. Drugi deo se opet veže s vodonikom da bi se dobila energija potrebna za sintezu ATP (adenozin-trifosfata). ATP je univerzalna jedinica potencijalne energije u živim organizmima. On snabdeva i odvodi energiju hemijskih reakcija.

Tada počinje deo fotosinteze za koji nije više potrebno svetlo ("mračni deo"). U njemu se vodonik i CO₂ vežu za odgovarajuće molekule (primaoci), a zatim se u nizu enzimskih reakcija stvaraju prosti šećeri (monosaharidi).

Šećeri su dalji nosioci energije. Putem fotosinteze ceo živi svet usvaja sunčevu energiju i koristi je za život. Ovim možemo objasniti zašto je jabuka postala slatka.

Prilikom fotosinteze stvaraju se šećeri. Energija se iz šećera oslobađa u procesu respiracije (inverzan fotosintezi), koji je jedinstven za čitav živi svet:

C_n(H₂O)_n + nO₂ -------> nCO₂ + nH₂O

Respiracija je, kao i fotosinteza složen enzimski proces. Stvara se toplotna i hemijska energija (koja se dalje koristi za druge životne procese posredstvom ATP-a). U nekim delovima biljke (jezgro ploda) nema dovoljno kiseonika, pa se odvija bezkiseonična respiracija (alkoholno vrenje monosaharida). primer takvog oslobađanja energije je alkoholno vrenje glukoze:

C₆H₁₂O₆ -----------> 2C₂H₅OH + 2CO₂

Proces se odvija uz učeće oko dvadeset enzima. Alkohol koji se dobija vrenjem se sjedinjuje se kiselinama i tvori estre (esterifikacija), od kojih potiče mirišljavost jabuke. Etri su, takođe, derivati alkohola.

Monosaharidi polimerizuju (polimerizacija glukoze),

nC₆(H₂O)₆ ------> (C₆H₁₀O₅)_n + (n-1)H₂O

pri čemu nastaju polisaharidi. Jedan od njih je i celuloza, koja gradi ćelijske omotače starijih ćelija. Prezrela jabuka je brašnjava, jer tvrđi celulozni omotači onemogućavaju oslobađanje slatkog ćelijskog soka.Kuvanjem se taj sok oslobađa.

Polazeći od promena u plodu jedne jabuke uspeli smo da obajsnimo neke osnove najvažnijih biljnih i životinjskih hemijskih procesa. Za biljni i životinjski metabolizam važni su još mnogi drugi složeni procesi u kojima kruži energija. U njima se javlja mnoštvo važnih jedinjenja. Sve to čini biljni i životinjski metabolizam veoma obimnom i važnom oblašću hemije.