能源碳和电子

生物获取能量一般有两种方法:光或化学氧化。生产性生物体，称为自养生物，将光或化学物质转化为高能量的有机物质化合物从能源匮乏开始二氧化碳(有限公司₂)．这些自养生物为其他生物提供能量异养生物．异养生物是通过控制原有有机分子的分解来获取能量的生物食物．人类，像大多数其他动物一样，真菌，原生生物,细菌，为异养体。

自养生物通常是生态系统中的初级生产者。它们从食物以外的来源获得有用的自由能:要么从动物的能量中获得阳光(光自养生物)或氧化化学反应（化能自养生物)．后者模式代谢是指使用无机物质的生命形式(氨(NH_3.),甲烷(CH₄),或硫化氢[H₂年代)结合与氧气来产生能量。只有一些细菌能够通过“燃烧”无机化学物质来获得能量。

绿色植物是典型的光自养生物。植物吸收阳光产生能量三磷酸腺苷把水分解成氧和氢。为了分解水分子，H₂O,进入氢氧气需要很多能量。水中的氢在“暗反应”中与二氧化碳(CO)结合₂．其结果是产生能量丰富的有机分子，如糖、氨基酸和核苷酸。氧气变成了气体O₂，它会作为废物释放回大气中。动物，严格的异养生物美国人不能只靠二氧化碳、阳光和水生存盐就像植物一样。他们必须吸入大气中的氧气。动物结合氧和氢原子化学反应，它们从食物中去除，也就是从有机物质中去除糖蛋白质和氨基酸。动物将水作为氧气呼吸的废物释放出来。动物，像所有的异养生物一样，使用有机物质作为它们的唯一的碳的来源。这种碳的转换提供了生态环境的一个方面的例子周期在这个过程中，需要的元素在不同类型的生物体中流动，因为它改变了它的氧化态从公司₂(CH₂O)_n回到CO₂．

代谢循环在一般情况下-由生物提取有用的能量和食物分子从环境源物质-可以描述为氧化还原反应．以氧为例呼吸，氧分子从空气最终接受电子葡萄糖或者氨基酸。氧，有一个很大的亲和力对于电子来说，它被称为电子受体，而葡萄糖，或其他糖或有机分子，是电子供体。动物呼吸是原型但肯定不是所有的氧化还原反应(或通常被称为“氧化还原反应”)都涉及氧气。许多其他的无机化合物被呼吸，或“呼吸”细胞的水平。除氧外，生物电子受体还包括硝酸，亚硝酸盐，硫酸，碳酸盐岩,基本硫,甲醇．生物电子供体(糖和氨基酸除外)包括氢，氮化合物(如氨、亚硝酸盐)、硫化,甲烷．对于可用于的受体-供体转换化能自养生物而且异养生物在一段持续的时间内，生态循环是必需的。在地质上很短的时间内，生物可能依靠有限的物质供应生存;然而，对于任何长期的生命延续，一个动态涉及互补生物类型的物质循环必然盛行。如果其他星球上存在生命，必要的元素和液体水必须循环。对这种转换的搜索提供了一种检测方法地外生命．

除了能量，所有形式的生命都需要碳来源。自养生物(化学合成和光合细菌，藻类和植物)从二氧化碳中获取这种必需元素。异养生物使用预先形成的有机化合物作为碳源。在自养生物中，许多类型的细胞不依赖于光来产生ATP;那些没有光的是化学自养细菌，包括产甲烷菌、氨氧化菌、硫化物氧化菌、氢氧化菌和一些鲜为人知的其他细菌。事实上，至少有五种完全不同的代谢途径已经进化到使用二氧化碳气体。一种是上文所述的产氧途径，植物、藻类和蓝藻都使用这种途径:卡尔文-本森暗反应。其他更模糊的途径包括磷酸烯醇丙酮酸(PEP)、琥珀酸盐和甲烷原途径。它们都需要将能量贫乏的二氧化碳转化为能量丰富的碳氢复合有机体的新陈代谢。所有的生命地球这取决于这些自养反应，由二氧化碳或同等物质开始。自养代谢中的碳源等量物包括碳酸盐离子，碳酸氢盐离子，和一氧化碳．和往常一样，关于代谢变异还有细菌的鉴赏力曲目要多得多多样化的比…真核生物即植物、动物和其他由有细胞核的细胞组成的生物。一般来说，有核生物，真核生物，要么是光岩石自养生物(即藻类和植物)从光或矿物中获取能量，或化学有机异养生物(动物、真菌和大多数原生生物)从预先形成的有机化合物(食物)中获取能量和碳。

三磷酸腺苷

所有ATP生物电子转移反应都导致ATP的净生成分子．三种磷酸盐中的两种(PO₄)的分子由能量丰富的键组成，这些键足够稳定，可以在细胞中存活很长一段时间，但又不至于强到细胞无法利用这些键能源在需要的时候。ATP和类似的分子(如三磷酸鸟苷[GTP])有一个五碳糖和三个磷酸盐．就目前所知，这样的分子是一般的和独特的地球上生命系统的能量货币。

没有代谢过程发生在一个单一的步骤。普通的六碳糖，葡萄糖，在活细胞中不会像葡萄糖在空气中燃烧一样氧化成二氧化碳和水。燃烧所释放的任何能量都太突然，而且太集中在一个小体积内，无法安全地在这个小细胞内发生。相反，葡萄糖是在环境温度下(即相对较低)通过一系列连续和协调的步骤分解的。每个步骤都由一个特定的和具体的中介酶．在大多数代谢葡萄糖的细胞中，糖首先在缺氧的情况下通过一系列步骤分解。在植物、动物、真菌和原生生物中，这些步骤的总数(见下文起源假说)约为11。其他生物，主要是细菌和不起眼的原生生物和真菌厌氧生物:他们不会利用代谢中的分子氧。在厌氧菌中，葡萄糖代谢在化合物如乙醇或乳酸．有氧生物，包括所有的动物，都能将葡萄糖氧化得更远。他们迅速使用厌氧葡萄糖分解产物，如乳酸，乙醇，或醋酸盐与克雷布斯循环中间产物线粒体．有氧氧化葡萄糖的分解需要额外的60个酶催化步骤。葡萄糖的厌氧分解使用游离在细胞溶液中的酶。有氧步骤发生在线粒体中的酶上，线粒体是细胞的“能量包”，氧气被用来制造能量化合物ATP。糖的完全有氧分解为二氧化碳和水的效率大约是无氧分解的10倍，因为产生的ATP分子是无氧分解的10倍。（看到新陈代谢．)

以三磷酸腺苷的形式提供给细胞的能量有多种用途——例如，用于运动。当一个变形虫当一个人走路的时候，三磷酸腺苷分子就会因为它们丰富的能量而被利用磷酸债券。三磷酸腺苷分子用于合成所有细胞在其生命周期中所需要的蛋白质增长和分裂，氨基酸，和五碳糖的核酸。每一个合成过程受控，酶介导。每一种都是从一种可作为细胞食物的有机化合物开始的。的氨基酸L-leucine，例如，是由丙酮酸它本身就是葡萄糖厌氧分解的产物。以丙酮酸为原料合成l -亮氨酸需要8个酶介导的步骤醋酸和水。

这些精致的相互联系和控制的代谢步骤并不是在细胞中以一种分散的方式进行的。相反，一个奇妙的细胞内部结构显示出在电子显微镜水平上可见的特殊区域。特定的化学反应在协会有特定的结构。在需氧真核生物中，线粒体与其错综复杂的鸡冠状的膜(膜上的褶皱称为嵴)提供丙酮酸盐、醋酸盐和乳酸盐代谢的场所。这些分子被转化并从一种酶传递到另一种酶，就像通过一个传送带工厂．同样，在那些能够产氧的真核生物中光合作用(藻类，植物)，光合作用只发生在一个细胞器(细胞的一部分)称为叶绿体．叶绿素,类胡萝卜素以及其他吸收可见光的色素，以及用于光合作用过程的酶装置，都存在于那里。

叶绿体和线粒体包含DNA．此外，这种DNA有一个序列分布完全不同于核并极大地就像自由生活的光合作用和氧气呼吸细菌。对这些事实最好的解释是，释放氧气的叶绿体和呼吸氧气的线粒体的祖先曾经是自由生活的细菌。

原核生物而且真核生物

所有的生命都是由两种类型之一的细胞组成的:原核生物(原核生物)缺乏细胞核)或真核生物(有细胞核的生物)。即使在单细胞生物中，这种区别也非常明显。

所有的细菌都是原核生物，尽管许多细菌，可能是大多数细菌，在自然界中是多细胞的。唯一存在的其他单细胞生物是真菌(单细胞真菌被称为酵母)。所有有核生物(细胞中有核和染色体的细胞)都不是动物、真菌或植物原生生物．这个庞大的群体包括单细胞或少细胞原生生物和它们的多细胞原生生物的后代．普罗提斯塔王国估计有25万人物种今天还活着。有些是非常大的，如红藻和海带Macrocystis．单细胞原生生物包括我们熟悉的变形虫、草履虫和眼虫以及5万种不太熟悉的类型。从科学的角度来说，没有单细胞的东西动物的存在。所有的动物和植物都在附近定义多细胞，因为它们都是从多细胞进化而来的胚胎．因此，所有的“原生动物”现在都被归类为单细胞原生动物，而不是动物。也没有单细胞植物。以前被称为单细胞植物的生物是藻类，因此，现在也被归为原生生物。如果一个成熟的生物被确定为单细胞的，那么它必须是细菌(原核生物)或真菌或原生生物(真核生物)。所有的动物和植物都是从胚胎发育而来的，根据定义，胚胎结合了两组互补的染色体(即，它们在发育的某个阶段是二倍体)。它们都是多细胞真核生物。虽然没有单细胞植物或动物，但确实有无数many-celled原生生物。多细胞进化不仅发生在植物和动物的祖先身上，也发生在细菌、原生生物和真菌身上。

所有真核细胞都经历某种形式的有丝分裂，一系列的细胞分裂染色体DNA蛋白质复制后发生的事件。有丝分裂确保染色体DNA和蛋白质均分布于子代细胞。有丝分裂是真核细胞最独特的活动核蛋白质细胞核中的染色体和一层膜将细胞核与细胞质．在有丝分裂,线粒体，它们通常存在于细胞质和叶绿体在藻类和植物中，与染色体一起顺利地分布到后代细胞中。的高尔基体而且内质网(ER)，一个复杂的复杂的结构，用于锚定许多细胞质酶排除线粒体或叶绿体．它们也在有丝分裂中分裂和分布。

细胞核、染色体、线粒体、叶绿体、内质网和核膜在原核生物中都不存在。原核细胞，包括所有的蓝藻(以前称为蓝绿藻)，在各方面都是细菌。分裂在所有原核生物中都是非有丝分裂的。细菌缺乏核蛋白和核膜，当染色体染色，只有绒毛或什么也看不见。所有的真核细胞都有一条以上的染色体，有时甚至超过一千条，而原核细胞的基因被组织成一个单一的“染色质”或“基因团”。”(术语细菌染色体虽然仍在使用，但从技术上讲是不准确的。)这些基因可能集中到看不见的程度，也可能不集中到看不见的程度，但无论如何，细菌DNA在细胞质中自由漂浮。原核生物的细胞组织不如真核生物复杂。的基本问题进化将原核生物转化为真核生物通常被认为是继生命起源之后的第二大进化之谜认为涉及一系列复杂的伙伴关系，其中不同的细菌菌株进入彼此的身体，共生融合，并交换基因。