A Naprendszer kb. 4,7 milliárd éves. A Föld születése utáni kb. 1 milliárd év során alakult ki a szilárd kéreg és az őslégkör. Ekkor jöttek létre az első szervetlen vegyületek. A korai atmoszféra összetételéről csak elképzelések vannak, CO2, N2, CH4 és H2O mellett a H2S, HCN és NH3 is jelen volt. Nagyon valószínű, hogy az I. szakaszban a hőmérséklete 100 °C körül volt és a nyomása is lényegesen magasabb lehetett a jelenlegi értéknél (121. ábra). Az élet kialakulásakor (I/II. szakasz határán) a légkör még mindig redukáló volt és oxigént nem tartalmazott. Az oxigén légköri megjelenése elsősorban a fotoszintetizáló szervezetek kialakulásának köszönhető. A 121. ábrán bemutatott I. szakasz során jöttek létre az első szerves vegyületek a redukáló őslégkör molekuláiból (NH3, CH4, H2O, CO2, H2, N2 stb.) az energia különböző formáinak (hő, ultraibolya fény, β- és γ-sugárzás, elektromos kisülések stb.) felhasználásával. A szervetlen polifoszfátok kialakulásával pedig a kémiai energia is rendelkezésre állt az összetettebb szerves molekulák képződéséhez. Ezt az időszakot kémiai evolúciónak is nevezzük.

 

 

 

 

Napjainkban az óceánok alig tartalmaznak szerves vegyületeket. Mi történt ezzel a ,,tápláló levessel”? Legalább 3,5 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg az élet első formái a megszilárdult Föld kérgén, megindítva a biológiai evolúciót. Az első élő szervezetek felélték a kémiai evolúció során felhalmozott szerves molekulákat, a ,„tápláló levest”, építőelemként és tápanyagként hasznosítva azokat. A szerves vegyületek felhasználása után alakulhattak ki a napenergiát hasznosítani képes organizmusok, amelyek szén-dioxidból, vízből vagy nitrogénből állítottak elő szerves molekulákat.

 

 

Az élő sejtet felépítő legközönségesebb molekula a víz, mintegy 70%-át alkotja a sejt tömegének és a legtöbb intracelluláris reakció vizes fázisban játszódik le. A Föld felszínének kétharmadát borítja napjainkban víz és az élet kialakulása is az óceánokban kezdődött. A víz egyedi tulajdonságai (pl. poláris molekula, H-kötések, magas olvadás- és forráspont, nagy felületi feszültség) alapvetően meghatározták a kialakuló sejtek sajátosságait. Feltételezik, hogy az élet a tengervízben vagy sósvizű lagunákban keletkezett. A tengervíz összetétele rányomja bélyegét az összes sejt kémiai összetételére (58. táblázat).

 

 

Feltűnő jellegzetessége az ioneloszlásnak a különféle ionok specifikussága. A sejtek kálium- és magnéziumion-tartalma nagy, a plazmában ezzel szemben nátriumiont és kalciumiont találunk nagyobb mennyiségben. Valószínű, hogy az emlősök plazmájában mutatkozó ioneloszlás a biológiai evolúció kezdetére, az óceáni származásra utal.

 

 

Az élő szervezetekben megtalálható fémionokat biológiai szerepük szerint is csoportosíthatjuk. (1) Vázak és szilárd szerkezetek (endo- és exoszkeletonok) kialakítására különösen alkalmasak a Ca2+- és Mg2+-kationok P-, О-, С-, S-, Si- és F-tartalmú anionokkal alkotott in vivo oldhatatlan vegyületei. (2) A jelátviteli folyamatok töltéshordozóiként elsősorban Na+-, K+- és Ca2+-kationok szerepelnek. Részt vesznek a plazmamembrán elektromos potenciáljának kialakításában, az idegingerület vezetésében vagy az izomkontrakcióban. Kis méretük és stabil oxidációs állapotuk miatt gyors hatások közvetítésére kiválóan alkalmasak. (3) Biokémiai–biológiai folyamatok sav–bázis katalizátorként hidrolitikus lépéseket segítenek elő a Zn2+- és Mg2+-kationok enzimekhez kapcsolódva. (4) Elektronátviteli reakciókban a fémionok redukált–oxidált formái játszanak alapvető szerepet elősegítve a sejtek energianyerési folyamatait. A legismertebb ionok közül megemlítjük a FeII/FeIII/FeIV, a CuI/CuII, a MnII/MnIII/MnIV, a MoIV/MoV/MoVI, a CoI/CoII/CoIII és a NiII/NiIII redox-példákat. (5) Nagy kötési energiával rendelkező molekulák aktiválódásában is részt vesznek fémionok, ilyen például a molekuláris oxigén felvétele, szállítása és átalakítása (Fe és Cu), a nitrogénkötés (Fe, Mo és V), a szén-dioxid redukciója metánná (Ni és Fe).

 

 

Az egyes fémionokra szelektív ionpumpák működnek a sejtmembránban, ami a kialakuló kötés specifikusságával magyarázható (l. 232–233. oldalak).

 

 

A fémion áttevődését újabb komplexekbe az ML1, ML2 stb. komplexek stabilitása és a koncentrációviszonyok határozzák meg. Az egyes reakciók sebessége változó, a fémion felvétele általában lassú folyamat.