A fotoszintetizáló élőlények egy redukciós ciklus enzimreakciói során végzik a légköri CO2 megkötését és beépítését. A körfolyamat első szubsztrátja egy pentózdifoszfát, ez veszi fel közvetlenül a CO2-t. Átmeneti hatszénatomos molekula keletkezik, majd rövid időn belül két glicerinsav-foszfát, ekkor kapcsolódnak be a NADPH-molekulák és ATP felhasználásával glicerinaldehid-foszfáttá redukálják. Innen két út lehetséges. Az egyik során pentóz-foszfáttá, majd pentózdifoszfáttá alakul a glicerinaldehid-foszfát-molekula és kezdődhet a folyamat előlről. A másik lehetőség az, hogy hat szénatomos glükóz-foszfát keletkezik, amely a glükóz, keményítő, cellulóz kiindulási anyaga. Ehhez szükséges energiát az ATP- és NADPH-molekulák szolgáltatják. Az első szakasszal szemben ezek a reakciók sötétben is lejátszódnak.

Monoszacharidok: a három szénatomos triózok lényegében a glicerin oxidációs termékei. Jellemző képviselőjük a glicerinaldehid – a sejtben szabad állapotban nem fordul elő, köztes termék, inkább glicerinaldehid-3-foszfát alakjában található meg. Biológiai szempontból az öt szénatomos pentózok a legfontosabbak. Ribóz, dezoxiribóz (2. C-atomon -OH csoport helyett H van). Foszforsavval észtert képeznek és így vesznek részt a nukleinsavak felépítésében. A hat szénatomos hexózok az élővilágban leggyakrabban előforduló monoszacharidok. A sejtekben szabad állapotban is előfordulnak. Alapvető szerepük van a di- és poliszacharidok felépítésében. A legnagyobb biológiai jelentőséggel a glükóz (szőlőcukor) bír. Gyűrűjének (hattagú: 5C, O) első szénatomjához kétféle módon kapcsolódhat térben a glikozidos hidroxilcsoport – alfa- vagy béta-glükóz. A glükóz foszforsavval észtereket képezhet, amelyek a biokémiai folyamatokban köztes termékként ismeretesek. Szabad előfordulása is ismeretes, mivel az élőlényekben a szénhidrát-szállítás elsősorban glükóz formájában történik. Fruktóz (gyümölccukor) a növényekben gyakran előforduló hexóz. Molekulája öttagú gyűrűt képez: négy C- és egy O-atom.

Két glükózmolekula között vízkilépéssel glikozidkötés jöhet létre – ennek eredménye egy diszacharid-molekula. A maltóz két alfa-glükóz összekapcsolásával jön létre (1-4). A keményítő köztes terméke – hidrolízissel tovább bontható két glükózmolekulára. A cellobióz (cellulóz köztes terméke) két béta-glükózból áll. Egy béta-fruktózmolekula és egy alfa-glükóz összekapcsolásával (alfa-béta-1-2) keletkezik a szacharóz – emberi táplálkozásban legismertebb diszacharid (kristálycukor). A tejben előforduló laktóz (tejcukor) egy galaktózból (a 4. C-atomon fordított az OH csoport állása a glükóztól) és egy glükózból áll.

A poliszacharidok biológiai szempontból két nagyobb csoportba sorolhatók. Egy részük tartalék anyag – leggyakoribb a keményítő (fotoszintézis során termelődik, többszáz alfa-glükózból). A sejtekben szemcsék alakjában (fajonként változó a méret, alak) biokatalizátorokkal együtt raktározódnak. A keményítő amilózból (elágazás nélküli spirális glükózmolekulalánc, a keményítő 20%-a) és amilopektinből (tizenkét szénatomonként elágazó egyenes – mivel a 6. C-atom is létesíthet glikozidkötést, a keményítő 80%-a) áll. Kimutatása Lugol-oldattal (az amilózt képes kimutatni). A glikogén ugyanazt a szerepet tölti be az állati szervezetekben, mint a keményítő a növényekben – tápanyagforrás. Szerkezete az amilopektinhez hasonló, de több elágazást tartalmaz. A másik csoport (szilárdító vázanyag) a legelterjedtebb természetes poliszacharid a cellulóz, többezer béta-glükózmolekulából. Ennek szerkezete miatt molekulája hosszú, elágazásmentes lánc, amely kötegekbe rendeződik, melyen belül hidrogénkötések alakulnak ki – nehezen hidrolizálható a molekula. Csak kevés növényevő állat képes a cellulózt táplálékként felhasználni. Biológiai bontását elsősorban baktériumok végzik. A kitin a cellulózhoz hasonló, N-tartalmú poliszacharid.

A nitrogén felvétele a levegőből történik. A nitrogént a nitrogénmegkötő baktériumok ammóniává, majd a nitrifikáló baktériumok nitritté, vagy nitráttá alakítják. Így felvehetővé válik a sejt számára, ami visszaalakítja ammóniává és karbonsavvá és lesz belőle fehérje. Ez a vegetatív szervek fejlődéséhez nélkülözhetetlen.

A foszfor a generatív szervek fejlődéséhez nélkülözhetetlen. Pl.: virág, sejthártya alkotója, örökítő anyagban van. A talajból veszi fel a nővény (HPO4)- anion formájában.

A kálium a gyökér tápanyagfelvételéhez nélkülözhetetlen. Enzimek alkotója. A talajból K+ ion formájában felvehető.

A Lieblig féle minimum törvény alapján fontos, hogy a talajoldat az ásványi elemeket megfelelő mennyiségben és arányban tartalmazza. A növények az ásványi elemeket a legkisebb mennyiségben jelenlévő elem arányában veszik fel.

A trágyázással javítható a talaj ásványi anyag tartalma. A műtrágyázás előnye, hogy pontosan adagolható. Hátránya, hogy túladagolható, rontja a termésminőséget, szennyezi az ivóvizet, fulladást okoz. A szervestrágyázás optimálisabb. Állati ürülékkel (guanó), vagy növényi ürülékkel (komposzt) történik.

A baktériumokat elsőként Antony Leewenhoek holland természetbúvár vizsgálta, aki saját lencséiből több mint 200 szoros nagyítású mikroszkópot épített. Robert Hooke angol természettudós mikroszkópos vizsgálatairól 1665-ben rajzos albumot adott ki. Tőle származik a sejt elnevezés is. A 19. században Robert Koch német orvos-biológus kidolgozta a baktériumok tiszta tenyészetének előállítását és az elkülönítésre alkalmas festési módszereket, ezenkí­vül számos kórokozó baktériumot is felfedezett.

A baktériumok felépítése a prokarióta sejtekre jellemző. Sejtplazmájukban helyezkedik el az örökítőanyag, amely nincs körülhatárolva. A baktériumok nem rendelkeznek sejtmaggal. A sejtplazmát vékony sejthártya burkolja. A sejthártya szoros kapcsolatban áll a baktériumot kívülről határoló sejtfallal. A baktériumok sejtfalát főleg fehérje és szénhidrát típusú vegyületek alkotják. A sejtfal merev és vastag képződmény, ez teszi lehetővé, hogy a baktériumsejt megtartsa alakját. Számos baktériumfaj sejtfalát még további tok vagy nyálkás burok borítja be.

A baktériumok a sejt kettéosztódásával szaporodnak. A baktériumok életmódjára jellemző, hogy túlnyomó többségük kész szerves anyagokkal táplálkozik, ezekből építi fel saját testét. A testük felépítéséhez kész szerves anyagokat (pl. fehérje, zsír) felhasználó élőlényeket közös néven heterotróf élőlényeknek nevezzük. A testük felépítéséhez egyszerű szervetlen anyagokat (pl. víz) felhasználó élőlényeket közös néven autotróf élőlényeknek nevezzük. Autotróf baktériumok pl. a talajban élő nitrifikáló baktériumok. Ezek nitrogéntartalmú vegyületeket oxidálnak és az eközben felszabaduló kémiai energiát használják fel a szén dioxid megkötéséhez. Ez a típusú energia-felhasználás a kemoszintézis.

A kékmoszatok, ugyanúgy mint a baktériumok, prokarióta élőlények. Sejtjükben megtalálhatjuk jellegzetes kékeszöld színüket adó színanyagokat. Ezek a színanyagok olyan vegyületek, amelyek képesek a napfény energiájának megkötésére. A kékmoszatok tehát autotróf élőlények, de testük felépítéséhez nem kémiai energiát, hanem fényenergiát használnak. Ez a típusú energia-felhasználás a fotoszintézis. A kékmoszatok fajai a talajban és a természetes vi­zekben egyaránt megtalálhatók. Főleg a vízi állatoknak szolgálnak táplálékul.

A zárvatermők ivarleveleit takarólevelek védik. Az ivarlevelek és a takarólevelek együtteséből alakult ki a zárvatermő fajokra jellemző virág. A virágport egyes fajoknál a szél szállítja, a többségre azonban a biztosabb eredményű rovarbeporzás jellemző. A zárvatermő virágban a megtermékenyítés után a termő magházából kialakul a termés. Már a magban megtalálható a gyökér, a hajtás és a sziklevél kezdeménye. A csírázó magban a gyököcske indul előbb fejlődésnek, és hamarosan gyökér lesz belőle. A sziklevél feletti rügyecskéből kifejlődik a hajtás, többnyire elágazó szárral és levelekkel. Az első lomblevelek megjelenéséig a csíranövényt a sziklevelek látják el táplálékkal. A lomblevelek kifejlődésével megindul a magvas növények fotoszintézise, autotróf táplálkozása.

Testfelépítésük

1. Gyökér

Rögzíti a növényt, felveszi a vizet és az oldott sókat, majd elszállítja a hajtáshoz, valamint tápanyagokat is raktározhat. A főgyökér-rendszer főgyökérből és abból elágazó oldalgyökerekből áll. A főgyökér a gyököcske továbbnövekedésével jön létre, a hajtás közvetlen folytatása. Ha a hajtásból több egyenrangú, egyforma fejlettségű mellékgyökér alakul ki, akkor mellékgyökér-rendszerről beszélünk. A legvégső, már el nem ágazó gyökereknek a csúcsán, a sejtek megnyúlnak és a talajrészecskékhez tapadnak. (szőlő 10 – 15 méter mélyre hatol, pázsitfű felszín közelében ágazik szét, tök gyökereinek hossza 20 km, sárgarépa: raktározó, orchidea: léggyökér, borostyán: kapaszkodó léggyökér)

2. Szár

A hajtás tengelyét képezi. Tartja a leveleket, belsejében szállítónyalábok szállítják a vizet és a felvett tápanyagokat a gyökérből a levelekbe és vissza (nedvkeringés). Két altípusa van:

fás szár (fák, cserjék, pálmatörzsek)

lágyszár (virágos növények többsége), mely lehet dudvaszár vagy szalmaszál.

Módosult szár: kaktusz raktározó pozsgás szára, szőlőn található kacs (kapaszkodás), szamóca indája, föld alatti módosult szár pl. burgonyagumó, vöröshagyma és a tulipán hagymája (raktározás).

3. Levél

Nagy mennyiségű zöld színtestet tartalmaz, melyekben lejátszódik a fotoszintézis folyamata. A növény a levélen keresztül veszi fel és adja le a gázhalmazállapotú anyagokat, ezért fontos szerepe van a légzésben és a párologtatásban. A szárból a levélbe érkező szállítónyalábok a levéllemez ereiként láthatók. A levélerek összessége az erezet. A főerezetes levelet egy középső főér és az abból kiinduló oldalerek hálózata jellemzi. A mellékerezetes levélben a középső vastagabb ér mellett jobb és bal oldalt nagyjából párhuzamosan haladnak a mellékerek.

A levelek a levélnyélen keresztül a levélalappal illeszkednek a szárhoz. Attól függően, hogy a levélnyélen egy vagy több levéllemez található, beszélhetünk egyszerű levélről (pl. Szőlő) vagy összetett levélről (pl. Akác). Levélmódosulások: pl. Kancsóka rovarfogásra módosult levele.

4. Virág

A szaporodás szerve. A szártól eredő része a kocsány, melynek kiszélesedő része a vacok, ahol a viráglevelek találhatók. A virágleveleknek 2 csoportja van takarólevelek és ivarlevelek. A takarólevelek körülveszik és védik az ivarleveleket, a színükkel és az illatukkal odacsalogatják a beporzást végző rovarokat. A takarólevelek együttese a virágtakaró. Ezt kívülről befelé a csészelevelekből álló csésze és a sziromlevelekből álló párta alkotja. Ha a takarólevelek nem különülnek el csészére és pártára, hanem a virágtakaró egynemű levelekből áll, azt lepelnek nevezzük.

Az ivarlevelek hím porzólevelekből és női termőlevelekből állnak. Porzó részei: porzószál és portok. Termő részei: bibe, bibeszál, magház. Ha ugyanabban a virágban megtalálható a porzó és a termő is, kétivarú a virág. Ha a virágban csak porzó vagy csak termő található, akkor a virág egyivarú (pl. Tök). Ha mind a porzós, mind a termős egyivarú virágok ugyanazon az egyeden vannak, a növény egylaki (pl. Kukorica). Ha viszont a porzós és a termős virágok külön-külön fejlődnek a növény kétlaki (pl. Fűzfa).

5. Termés

A megtermékenyítés után a termő magházi részéből fejlődik ki a termés. A magot megéréséig körülveszi, védi és segíti az elterjedésben. A magház falából alakul ki a termésfal:

a. Érés során vizet veszít, kiszárad és így veszi körül a magokat. Ez a száraz termés (pl. Bab)

b. Érett állapotban húsos, lédús termésfal veszi körül a magvakat, mint pl. A szőlőnél. Ez a húsos termés.

Egyszer termő növények pl. Kukorica, káposzta. Sokszor termő növények fák és évelő növények.

- I. Kétszikűek osztálya: két sziklevéllel csíráznak, főgyökérrendszerük van, fás szárú vagy lágyszárú növények, a szállítószövetek nyalábjai szabályos körben helyezkednek el, levelük főerezetes, virágtakarója kettős (csésze, párta), a virág szerkezetére az 5-ös és a 4-es szám, ill. ezek többszöröse jellemző.

- boglárkák alosztálya: a kétszikűek legősibb típusa, ősi tulajdonságok sok különálló termőlevél, porzók nagy száma, sok virágtakaró levél, mely szabadon áll. Pl. Réti boglárka, vetési boglárka.

- rózsák alosztálya: új vonások öttagú virágtakaró átalakulása, több termőlevél egy termővé történő összenövése. Az ősibb családok virágtakarója még különálló levelekből áll, míg a fejlettebbeké már forrt szirmú virágtakaróval rendelkezik. Jellemző családok: rózsafélék (pl. Alma), pillangósvirágúak (pl. Akác), ernyősvirágzatúak (pl. Kapor), burgonyafélék (pl. Petúnia).

- mályvák alosztálya: fejlett virág kialakulása, meghatározott a porzólevelek száma, a termőt több termőlevél alkotja, a virágok fészekvirágzatba tömörülnek. Jellemző családok: keresztesvirágúak (pl. Káposzta), fészkesek (pl. Napraforgó).

- szegfüvek alosztálya: egyszerűsödés felé mutat, hiányzik a virágtakaró, a virágok egyivarúak és szélbeporzásúak (pl. Mogyoró). Jellemző családok: szegfűfélék (pl. Konkoly), bükkfafélék ( pl. Bükk).

- II. Egyszikűek osztálya: egy sziklevéllel csíráznak, mellékgyökér-rendszerük van, lágyszárú növények, a szállítószövetek nyalábjai szórtan helyezkednek el, levelük mellékerezetes, virágtakarójukra jellemző a lepel, termő és porzó a virágtakarón belül van, a virág szerkezetére a 3-as szám, ill. annak többszöröse jellemző.

- vízililiomok alosztálya: sok különálló termőlevél (boglárkákkal való rokonságra utal), ősi jellemzők, melyek az egyszikűeknek a kétszikűekből való kifejlődését igazolják.

- liliomok alosztálya: virágai jellegzetes egyszikű virágok, a virág szabályos háromtagú, a leples virágtakarótól az evolúciós út a virágtakaró teljes leegyszerűsödéséig vezet. Jellemző családok: liliomfélék (pl. Vöröshagyma), pázsitfüvek (pl. Búza).

- torzsavirágzatúak alosztálya: virágtakaró hiánya, az apró virágok torzsavirágzatba csoportosulnak. Jellemző családok: pálmafélék (pl. Kókuszpálma).

A felszínt elérő fénysugárzás közvetlen fényből és szórt fényből áll. A fénysugárzás nem egyenletesen oszlik el a bioszférában. Az egy területre jellemző fényviszonyokat a közvetlen és a szórt fény aránya, a fény erőssége és a megvilágítás ideje együttesen alakítja ki. Ezek változnak a földrajzi szélesség mentén és változnak a tengerszinttől mért magasság szerint is.

Az egyenlítő mentén déltájban merőlegesen érkező napsugárzás erős közvetlen fényt eredményez. Az egyenlítőtől távolodva a napsugarak beesési szöge egyre kisebb lesz, a mind vastagabb levegőrétegen keresztülhaladó sugárzás egyre nagyobb mértékben szóródik és nyelődik el, így a közvetlen fény aránya csökken. A földrajzi szélesség szerint változik a megvilágítás időtartama is. A tengerszinttől távolodva az egyre vékonyabb légréteg több és több napsugárzást enged át. Így nő a közvetlenül érkező fénysugarak és az ultraibolya sugárzás aránya is. Az azonos fekvésű földrajzi területek eltérő fényviszonyait a terület feletti felhősödés és a domborzati viszonyok, valamint az ott élő növények együttese is befolyásolja.

Derült időben magasabb a közvetlen fény aránya, mint felhősödés esetén. A napsütésnek jobban kitett déli lejtőket hosszabb ideig éri a megvilágítás, mint az északiakat. Egy zárt erdőállományban a talajfelszín kevesebb fényt kap, mint nyílt területeken.

Az élőlények fényigénye eltérő. A zöld növények számára a fény alapvető energiaforrás. A fénykedvelő növények fejlődéséhez sok napfény szükséges. A fény- és árnyéktűrő növények csak a virágzáshoz igénylik a teljes megvilágítást, egyéb időszakokban az árnyékolást is jól viselik. Az árnyéktűrő növények nem viselik el az erős fényt, csak árnyékos helyeken fordulnak elő. A megvilágítás időtartama hatással van a növények virágképzésére. A rövidnappalos növényeknél (trópusi növények) csak akkor indul meg a virágképződés, ha a nappalok rövidek. A mérsékelt égöv hosszúnappalos növényei ellenben csak akkor hoznak virágot, ha legalább 12 órás megvilágítás éri őket (rozs, búza stb.). A fény az állatok életét is befolyásolja. Egyes állatfajok nappal, mások csak alkonyatkor vagy éjjel tevékenykednek. Az állandóan sötétben élő állatok számára a fény káros.

A légkör szennyező anyagai közül a kén dioxid kéntartalmú tüzelőanyagok révén kerül a levegőbe. Ott a vízgőzzel kénessavat ill. kénsavat alkot, majd csapadék formájában a földre hullik (savas eső). Ez roncsolja a növényeket és nagyobb koncentrációban pusztulásukhoz vezet. A zuzmók a kén dioxid szennyezettség indikátorainak tekinthetők.

A levegő fizikai hatásai közül a légmozgás fontos kiegyenlítő szerepet tölt be a különböző hőmérsékletű és vízgőztartalmú helyek között. A szél fokozza a párologtatást, elősegíti a növények elterjedését és számos növényfaj beporzását is elvégzi. A szél mechanikai hatása főleg viharok alkalmával károsítja a fákat. Az állandó egyirányú levegőmozgás hatására, jellegzetes deformált fakoronák alakulhatnak ki.

A sejtben lejátszódó különféle biokémiai folyamatok összességét közös néven anyagcserének nevezzük – anyagforgalom, energia-, információáramlás. Ez a három folyamat nem választható el egymástól.
Az anyagcsere energiaigényes folyamataihoz az élőlények a külvilág különböző energiafajtáit használják fel. Fotoszintézis, ATP, stb. Elsősorban a különböző építőegységek és makromolekulák felépítő folyamatai igényelnek jelentős mennyiségű energiát. Ennek során kis energiatartalmú egyszerű molekulából, nagyobb energiatartalmú, bonyolultabb szerves molekula, majd sejtalkotó lesz. A sejtek anyagcseréjét energiatermelő folyamatok is jellemzik. Pld. a lebontás során a bonyolultabb, nagy energiájú molekulákból, egyszerű, alacsony energiatartalmú molekula lesz és a közben felszabaduló energia ATP-szintézisre fordítódik.
A sejtekben lejátszódó anyagcsere-folyamatok biokémiai reakciók sorozatából épülnek fel. Ahhoz, hogy ezek végbemenjenek, a részt vevő anyagoknak aktivált állapotba kell jutniuk. A kiindulási és az aktivált állapot energiaszintje közti különbség az aktiválási energia. Energiagát – katalizátorok. Az anyagcsere-folyamatok katalizátorai az enzimek, amelyek fehérjék. A katalizált folyamatban az enzimek aktívan vesznek részt – először az átalakuló vegyületekhez kapcsolódik – szubsztrát – átalakítja termékké, változatlanul leválik róla. Az enzimmolekulának azt a részét, ahol a katalizált átalakulás lépései lejátszódnak, aktív centrumnak nevezzük – az aminosavak oldalláncai alakítják ki. Ezek térbeli elhelyezkedése pontosan megfelel az enzimhez kötődő szubsztrát szerkezetének – az enzimek fajlagosak. Az enzimek nagy része összetett fehérje. A nem fehérjecsoportok egy része leválhat a fehérjerészről, de visszajutása után az enzim ismét működőképes. Ilyenek a koenzimek (NAD, koenzim-A). Ezek felépítésében vitaminjellegű csoport is részt vesz (B-vitamin). Az enzimek érzékenyek a környezeti tényezők változásaira.

A szénhidrátok felépítése energiát igényel

A legalapvetőbb felépítő folyamat a fotoszintézis. E során a zöld növények megkötik és átalakítják a Nap fényenergiáját kémiai energiává. Ehhez a 400-800 nm hullámhosszúságú fény alkalmas. A fényenergia megkötésére a reagáló anyagokon és az enzimeken kívül szükség van pigmentekre (szerves, színes vegyületek), amelyek konjugált kettős kötéseket tartalmaznak – könnyen elmozduló elektronok, ezek képesek arra, hogy a beérkező fény energiáját átvegyék, gerjesztett állapotba kerüljenek. Ez csak rövid ideig tart, ha energiáját nem tudja továbbadni, akkor nem történik semmi. Ha igen, akkor a fényt megkötő molekula az elektronleadással oxidálódik, a felvevő pedig redukálódik. A fényenergia ilyen módon való megkötése tehát a fényelnyelő pigmentek kémiai szerkezetére vezethető vissza. A klorofill típusú vegyületek (vörös és kék színtartományban) molekuláiban egy magnéziumatomot négy pirolgyűrű vesz körül, oldalláncok. A magasabb rendű növényekben az a-klorofill (-CH3) és a b-klorofill (-CHO) is előfordul. Karotinoid típusú vegyületekben (kék színtartomány) szintén megvan a konjugált kettős kötés rendszer. Antocián – vörös káposzta, nem fotoszintetizáló pigment. Fikoeritrin – mélyvízi vörösmoszatokban, a kék fényt hasznosítja. Mivel a zöld fényt egyik pigment sem tudja hasznosítani, visszaverődik – zöldnek látjuk a növényeket. Az egymástól eltérő működésű pigmentek nagyobb egységekbe, kétféle pigmentrendszerekbe csoportosulnak. Az 1. pigmentrendszer: karotin, a-, b-klorofill; Max. fényelnyelés 700nm-nél. Viszont a 2. pigmentrendszer: xantofill, a-, b-klorofill; max. fényelnyelés 680 nm-nél. Mindkettőnek a fénygyűjtő része a beérkező foton energiáját a reakcióközpont felé irányítja (tömeg 1 %-a, a-klorofill alkotja). A fotoszintézisben a fényenergia átalakítása során az 1. pigmentrendszer központi a-klorofill-molekulája gerjesztett állapotba kerül, lead egy elektront. Ezt felveszi az elektronszállító rendszer (pld. citokrómok) egy tagja és a végső elektronfelvevőhöz, a NADP-molekulához szállítja – NADPH-vá redukálódik. A kilépett elektron a 2. pigmentrendszer által leadott elektronból pótlódik, ami ezzel egy alacsonyabb energiaszintre kerül – ATP-szintézis. A 2. pigmentrendszer elektronja a víz fotolíziséből pótlódik. A reakció során a víz felhasad és hidrogénion formájában protont ad át a NADP redukálásához, illetve mint végső elektronleadó a 2. pigmentrendszer felé ad le elektront. Így a vízmolekula oxidálódik, miközben molekuláris oxigén is felszabadul. Végtermékek: NADPH, ATP, oxigén. Hevesy György – radioaktív izotópos nyomjelzés. Melvin Calvin – fotoszintézis tanulmányozása, CO2 megkötése zöldmoszatoknál.
A fotoszintetizáló élőlények egy redukciós ciklus enzimreakciói során végzik a légköri CO2 megkötését és beépítését. A körfolyamat első szubsztrátja egy pentózdifoszfát, ez veszi fel közvetlenül a CO2-t. Átmeneti hat szénatomos molekula, rövid időn belül két glicerinsav-foszfát, ekkor kapcsolódnak be a NADPH-molekulák és ATP felhasználásával glicerinaldehid-foszfáttá redukálják. Innen két út lehetséges. Az egyik során pentóz-foszfáttá, majd pentózdifoszfáttá alakul a glicerinaldehid-foszfát-molekula és kezdődhet a folyamat előlről. A másik lehetőség az, hogy hat szénatomos glükóz-foszfát keletkezik, amely a glükóz, keményítő, cellulóz kiindulási anyaga. Ehhez szükséges energiát az ATP- és NADPH-molekulák szolgáltatják. Az első szakasszal szemben ezek a reakciók sötétben is lejátszódnak.

A szénhidrátok lebontása energiatermelő folyamat

A sejtek lebontó folyamataiban felszabaduló energia jó része ATP-szintézisre fordítódik. A legfontosabb a szénhidrátok lebontása, mely a sejtekben a biológiai oxidáció folyamatában történik. Sok enzim. A folyamat során a poliszacharidok először glükóz-foszfát építőegységekre bontódnak le. A biológiai oxidáció első szakaszában a glikolízisben a glükóz-foszfát glicerinaldehid-foszfáttá alakul. A következő lépésekben három szénatomos piroszőlősavvá alakul, miközben a foszfát-csoportok leszakadása ATP keletkezését eredményezi. A glikolízis végén a piroszőlősav CO2 leadása közben két szénatomos acetilcsoporttá alakul, melyet a koenzim-A szállít el a citromsavciklus (biol. ox. 2. lépése) színhelyére. Itt a leváló acetilcsoportot felveszi a négy szénatomos oxálecetsav és hat szénatomos citromsavvá alakul. Ez több lépésben két CO2 leadása és nyolc NADH létrehozása során visszaalakul oxálecetsavvá. A biológiai oxidáció befejező szakasza a terminális oxidáció. Ide szállítódik az előző két szakaszban leadott hidrogén. A rendszer első tagja a NADH-ról átvett elektronnal redukálódik. majd a sorban következő elektronfelvevő tagnak átadva azt oxidálódik. Ez mindaddig folytatódik, míg az elektron a végső elektronfelvevő molekulára nem ér. Ebben a rendszerben szállított elektronok lépésenként alacsonyabb energiaszintre kerülnek – ATP szintetizálódik. A végső elektronfelvevő a légzésből származó oxigén, amely a hidorgénionokkal (NADH-ból) vízzé alakul. Otto Warburg – légzési oxigén felhasználása. Szent-Györgyi Albert – biológiai oxidáció – Hans Krebs. Míg a glikolízis során csak 2 mól ATP keletkezik, addig a terminális oxidáció során 36 mól egyetlen mól glükóz oxidációjából. Ez oxigéndús, aerob körülmények között játszódik így le. Ha a környezet nem tartalmaz elég oxigént, akkor anaerob körülmények között zajlik le az anyagcsere-folyamat, ekkor erjedésről beszélünk. Az erjedés első lépései megegyeznek a glikolízis folyamatával a piroszőlősav-szubsztrátig. Innentől több út lehetséges. Az egyikben CO2 lép ki, a végtermék etanol, a másik során tejsav keletkezik. Mivel mindkét termék további oxidálással energiát tudna termelni, az erjedés energetikai szempontból nem gazdaságos: 1 mól glükóz erjedése során 2 mól ATP keletkezik.

A nukleinsavak információhordozók

Tüdőgyulladást okozó baktérium vastag tokot képez maga körül. A nem kórokozónak nincs tokja. Egeres kísérlet. A kórokozó baktérium DNS-molekulája, bekerülve az élő, nem kórokozó baktérium sejtjébe átörökítette a tulajdonságait, kórokozóvá tette azt. Másik bizonyíték: vírus (bakteriofág) fehérjéje 35-ös ként, nukleinsava 32-es foszfort tartalmazott. Az új vírusok csak a foszforizotópot tartalmazták – Salvador Luria, Max Delbrück. Alfred Hershey – matematikai módszerek a kutatásba.
A DNS-molekula az élőlények öröklődő tulajdonságainak információhordozója. Az információ nemzedékről nemzedékre történő átadása feltételezi, hogy a DNS-molekuláról pontos másolat készül. Ez a DNS-megkettőződés során jön létre. Sok enzim. Vannak, amelyek felismerik a másolás kezdőpontjait a DNS-molekulán. Mások ezekhez a pontokhoz kötődve egy darabon szétnyitják a kettős nukleotidszálat a hidrogénkötések mentén, majd ezek mentén új nukleotidszálak szintetizálódnak nukleotid építőegységekből. A folyamat végén a két újonnan keletkezett DNS-molekula egyik nukleotidszála az eredeti DNS-molekulából való, míg az újonnan képződött ennek kiegészítő másolata – a két DNS-molekula teljesen megegyezik. A szintézis a prokarióta baktériumoknál egy ponton, az eukarióta sejtekben akár több ezer ponton is megindulhat. 3 percet vesz igénybe, javító mechanizmusok.

A fehérjeszintézis

A nukleinsavak információt hordozó és információt átadó képessége a sejtek fehérjeszintézisében nyilvánul meg. Az információ a fehérjék felépítésére vonatkozik. A fehérjék aminosavsorrendjét végső soron a DNS határozza meg. Az információ átírása során a DNS bizonyos szakaszairól mRNS-molekulák képződnek (DNS széttekerése, egyik lemásolása – aktív) – lánc alakul ki, ez a teljes mRNS-molekula felépüléséig tart. Így az mRNS a fehérjeszintézis helyére tudja vinni a DNS-ről átírt információt. A fehérjeszintézishez szükséges aminosavak (aktivált állapotban) felvételét és szállítását a tRNS-molekulák végzik. Az aminosavak összekapcsolása polipeptidlánccá a riboszómákon (fehérje+rRNS) történik. A lánckezdést mindig a metionin indítja. Hozzá kapcsolódnak az aminosavak, mindaddig, míg kialakul a teljes fehérjére jellemző aminosav-sorrend, a STOP kód. A folyamat befejező lépése a kezdő metionin lehasítása a polipeptidlánc elejéről. Marshall Nirenberg, Har Gobind Khorana. A DNS bázissorendje és a fehérjék aminosav-sorrendje között szoros, de nem közvetlen kapcsolat van. A DNS-ben az információ kód formájában található – ennek a kódnak a jelei a bázishármasok, amelyek egy-egy aminosavat fejeznek ki. 64-féle bázishármas jöhet létre (20 aminosavra) – egy aminosavat több bázishármas is kódolhat. Egy indító és három láncvégződést záró bázishármas is van közöttük. Az aminosav-kódszótár univerzális az élővilágban, leolvasása 5′-3′, átfedés-, kihagyásmentes.

Ez egy állandó körforgás, mely minden állat és növény között található. Nézzünk rá egy példát: egy bogár (kb. 0,5 gramm) megeszik egy levelet (kb. 0,5 gramm). A bogarat megeszi egy mongúz ((kb. 800 gramm). A példában ő képviseli a ragadozót. A mongúzt megeszi egy oroszlán (kb. 220000 gramm). Viszont itt jön a természetes kiegyenlítés, mivel a bogárnak elég egy levél, a mongúznak viszont legalább 20 bogár kell, az oroszlánnak pedig legalább 100 mongúz, de mivel az oroszlán nem csak mongúzt eszik, és nehezebb is elkapnia 100-at, így elkap egy antilopot (kb. 40000 gramm) inkább. Az oroszlánt halála után ellepik a baktériumok, amelyek szervtelen anyagokat állítanak elő a dögből, ezt a növények újra átalakítják, és így tovább az idők végzetéig. Vagyis minden állat létezéséhez szükséges szerves anyag mennyiséghez jut. De nézzük egy magyar erdei példát is: egy bogár (kb. 0,5 gramm) megeszik 10 apró levelet (kb. 0,1 gramm/db.) a sün (kb. 30 gramm) megehet 20 bogarat. Egy róka (kb. 10000 gramm) megehet 3 sünt. A róka, amely ebben az esetben a csúcsragadozó, halála után baktériumok és gombák lebontják. Így itt is találkozhatunk a természet körforgásával. Megfigyelhetjük, hogy minden állat a világban ehhez a körforgáshoz alkalmazkodik. Ugyanis ez a természet rendje, amely a szerves anyag felvételre és hasznosításra alapul.

A levegő szennyező anyagai közül a legelterjedtebb a légkör kén-dioxid tartalma. Ez főleg a kéntartalmú anyagok elégetésekor kerül a levegőbe és ahol találkozik a levegő vízgőz tartalmával és kénsavat alkotva csapadék formájában lejut a földre. A savas eső hátráltatja a növények fejlődését.

A levegő fizikai tulajdonságai közül a legfontosabb a légáramlás. A szél ugyanis fokozza a párolgást és elősegíti a növények elterjedését, beporzását. A szél mechanikai hatása viharok alkalmával károsítja a fákat. A szél hatása az állatok közül leginkább a repülő állatokat érinti. Ezen állatok energia forrásként használják.