De eenheid van het leven
Op het cellulaire niveau van organisatie zijn de belangrijkste chemische processen van alle levende materie gelijksoortig, zo niet identiek. Dit geldt voor dieren, planten, schimmels en bacteriën; waar variaties voorkomen (zoals bijvoorbeeld bij de afscheiding van antilichamen door sommige schimmels), zijn de afwijkende processen slechts variaties op gemeenschappelijke thema’s. Zo bestaat alle levende materie uit grote moleculen, proteïnen genaamd, die ondersteuning en gecoördineerde beweging bieden, alsook opslag en transport van kleine moleculen, en als katalysator chemische reacties mogelijk maken om snel en specifiek plaats te vinden onder milde temperatuur, relatief lage concentratie, en neutrale omstandigheden (d.w.z. niet zuur of basisch). Eiwitten worden samengesteld uit ongeveer 20 aminozuren, en net zoals de 26 letters van het alfabet op specifieke manieren kunnen worden samengevoegd tot woorden van verschillende lengte en betekenis, zo kunnen tientallen of zelfs honderden van de 20 aminozuur-“letters” worden samengevoegd tot specifieke eiwitten. Bovendien bestaan die delen van eiwitmoleculen die betrokken zijn bij het uitvoeren van soortgelijke functies in verschillende organismen vaak uit dezelfde opeenvolgingen van aminozuren.
Er is dezelfde eenheid onder cellen van alle typen in de manier waarop levende organismen hun individualiteit bewaren en doorgeven aan hun nakomelingen. Zo wordt erfelijke informatie gecodeerd in een specifieke volgorde van basen die samen de DNA-molecule (desoxyribonucleïnezuur) in de kern van elke cel vormen. Slechts vier basen worden gebruikt bij de synthese van DNA: adenine, guanine, cytosine en thymine. Net zoals de morsecode bestaat uit drie eenvoudige signalen – een streepje, een punt en een spatie – waarvan de precieze rangschikking volstaat om gecodeerde boodschappen over te brengen, zo bevat en verzendt de precieze rangschikking van de basen in het DNA de informatie voor de synthese en assemblage van celbestanddelen. Sommige primitieve levensvormen gebruiken echter RNA (ribonucleïnezuur; een nucleïnezuur dat verschilt van DNA doordat het de suiker ribose bevat in plaats van de suiker desoxyribose en de basis uracil in plaats van de basis thymine) in plaats van DNA als een primaire drager van genetische informatie. De replicatie van het genetisch materiaal in deze organismen moet echter via een DNA-fase verlopen. Op kleine uitzonderingen na is de genetische code die door alle levende organismen wordt gebruikt, dezelfde.
De chemische reacties die in levende cellen plaatsvinden, zijn eveneens vergelijkbaar. Groene planten gebruiken de energie van het zonlicht om water (H2O) en kooldioxide (CO2) om te zetten in koolhydraten (suikers en zetmeel), andere organische (koolstofhoudende) verbindingen, en moleculaire zuurstof (O2). Het proces van fotosynthese vereist energie, in de vorm van zonlicht, om één watermolecuul te splitsen in de helft van een zuurstofmolecuul (O2; het oxiderende agens) en twee waterstofatomen (H; het reducerende agens), die elk uiteenvallen in één waterstofion (H+) en één elektron. Door een reeks oxidatiereductiereacties worden elektronen (aangeduid als e-) overgedragen van een afgevend molecuul (oxidatie), in dit geval water, naar een accepterend molecuul (reductie); dit “reductievermogen” kan uiteindelijk worden gekoppeld aan de reductie van kooldioxide tot het niveau van koolhydraat. In feite accepteert kooldioxide en bindt zich met waterstof, waarbij koolhydraten worden gevormd (Cnn).
Levende organismen die zuurstof nodig hebben keren dit proces om: zij consumeren koolhydraten en andere organische materialen, waarbij zij de door planten gesynthetiseerde zuurstof gebruiken om water, kooldioxide en energie te vormen. Het proces waarbij waterstofatomen (met elektronen) uit de koolhydraten worden verwijderd en aan de zuurstof worden doorgegeven, is een energieleverende reeks reacties.
In planten zijn alle stappen in het proces waarbij kooldioxide in koolhydraten wordt omgezet, op twee na, dezelfde als de stappen waarbij suikers worden gesynthetiseerd uit eenvoudiger uitgangsmaterialen in dieren, schimmels en bacteriën. Evenzo zijn de reeksen reacties waarbij een gegeven uitgangsmateriaal wordt gebruikt om bepaalde moleculen te synthetiseren die in andere synthetische routes zullen worden gebruikt, bij alle celtypen gelijk of identiek. Vanuit stofwisselingsoogpunt verschillen de cellulaire processen die plaatsvinden in een leeuw slechts marginaal van die in een paardenbloem.