Produkcja roślinna jako kompleksowe
rozwiązanie żywieniowe, istotne dla zdrowia człowieka
ARTYKUŁ Z CYKLU: Wprowadzenie do strategii przetrwania ludzkości w ekosystemach biosfery Ziemi
Są na każdym opakowaniu produktów przeznaczonych do spożywania przez nas i nasze dzieci. Ale czy wiemy skąd się biorą CUKRY, TŁUSZCZE I AMINOKWASY? Zdrowe czy niezdrowe? Które jeść, a których unikać? Po co nam do tego rośliny? Na te i inne pytania znajdziesz odpowiedź w opracowaniu eksperta FAO/WHO – Jerzego Leszka Zalasińskiego, który stara się przybliżyć wiedzę naukową, byśmy wykazali większe zrozumienie dla roślin i dlaczego warto dbać o ich czystość oraz bujność.
Najważniejszym procesem w biosferze warunkującym życie na Ziemi jest fotosynteza. Wysoka produktywność fotosyntetyczna roślin jest uzależniona od dwóch najważniejszych związków: dwutlenku węgla (CO2) i wody (H2O), nawet wówczas, gdy w glebie dostępne są wszystkie składniki mineralne potrzebne do wzrostu i rozwoju roślin. Węgiel pochodzący z dwutlenku węgla jest niezbędny do budowy szkieletów związków organicznych. Woda dostarcza uniwersalnego nośnika energetycznego – wodoru, który przyłączony do składników węglowych tworzy różne związki organiczne.
Przykładem organicznych związków węgla i wodoru są np. karoteny wśród, których betakaroten jest niezbędny do syntezy witaminy A w naszym organizmie. Karoteny mogą powstawać jedynie w metabolizmie roślinnym – muszą więc być dostarczane w codziennych posiłkach. Skutki niedoboru witamin omówię w oddzielnym artykule. Jeśli do związków węgla i wodoru dołączymy tlen, wówczas uzyskamy dwie różne grupy związków ważnych dla funkcjonowania organizmu człowieka: węglowodany i tłuszcze właściwe (oleje, masło, smalec, itd.).
Dokonajmy więc przeglądu węglowodanów przypisując im funkcje fizjologiczne w organizmie człowieka.
CUKRY PROSTE
Pierwszym cukrem prostym, który powstaje w procesie fotosyntezy jest aldehyd glicerynowy – 
uczestniczący w syntezie cukrów prostych o dłuższych łańcuchach węglowych.
Innym trójwęglowym cukrem prostym należącym do ketoz jest dihydroksyaceton. Cukier ten powstaje podczas przemian oddechowych (w glikolizie) z fruktozo-1.6-difosforanu i jest wykorzystywany do syntezy glicerydu – składnika tłuszczy właściwych roślinnych (oleistych) i zwierzęcych (w postaci stałej).
Bardzo ważną funkcję w organizmach roślinnych i zwierzęcych spełniają pięciowęglowe cukry proste (pentozy). Przedstawicielem jest ryboza:
Cukier ten wchodzi w skład nukleotydów RNA (kwasu rybonukleinowego) roślinnego i zwierzęcego związku informacyjnego (białka i kwasy nukleinowe). Ryboza wchodzi również w skład biologicznego akumulatora energii – ATP (adenozynotrifosforanu), ważnego związku w bioenergetyce roślinnej i zwierzęcej. Model matematyczny bioenergetyki opublikowałem w 2014 r. w czasopiśmie z renomowanej listy filadelfijskiej „Matematical Population Study”.
Bardzo ważnym cukrem sześciowęglowym powstającym w procesie fotosyntezy jest glukoza. Sumaryczne równanie chemiczne fotosyntezy można przedstawić następującą formułą:
wytwarza Sumaryczny wzór chemiczny glukozy widniejący po prawej stronie powyższego równania 
fotosyntezy można przedstawić w postaci strukturalnych półacetali alfa (α) oraz beta (β). Powyższe półacetalowe formy glukozy można przedstawić również w strukturalnej postaci pierścieniowej (piranozowej).
Glukoza reprezentowana w postaci α-glikopiranozy jest składnikiem skrobi – polisacharydu będącego częścią naszego pożywienia (np. skrobia ziarniaków zbóż czy ziemniaczana). Glukoza w tej postaci występuje obficie w sacharozie buraka cukrowego oraz trzciny cukrowej. Dwucukier – sacharozę budują α-glikopiranoza oraz β-fruktofuranoza – czyli glukoza i fruktoza.
Po enzymatycznej hydrolizie sacharoza rozkłada się do dwóch cukrów prostych – glukozy i fruktozy,
które są głównymi substancjami w procesie oddechowym, dostarczającym organizmowi energii chemicznej, zmagazynowanej w ATP. Enzymatyczna hydroliza polisacharydu skrobi prowadzi w efekcie końcowym do uwolnienia α-glikopiranozy, będącej również źródłem energii dla organizmu ludzkiego – podobnie jak dla organizmów roślinnych. Produkty roślinne – glukoza i galaktoza – służą do wytwarzania u ssaków cukru mlecznego zwanego laktozą.
Glukoza uzyskiwana jest podczas enzymatycznej hydrolizy przedstawionych dwucukrów, a przede 
wszystkim skrobi magazynowanej w wątrobie w formie polisacharydu glikogenu. W przypadku zwiększonego zapotrzebowania na energię chemiczną, organizm uwalnia do krwi podstawowy substrat oddechowy – glukozę. Izomeryczną odmianą glukozy jest β-glikopiranoza, która różni się od α-glikopiranozy położeniem grupy OH w pierścieniu piranozowym (nad pierścieniem przy pierwszym węglu). Ta, wydawałoby się, niewielka zmiana położenia grupy OH prowadzi do ogromnej zmiany we właściwościach polisacharydu zwanego celulozą.
Po enzymatycznym rozkładzie skrobi nasz organizm uzyskuje a-glikopiranozę – cenny substrat oddechowy, zaś do rozkładu celulozy zdolne są celulolityczne enzymy, które znajdują się w przedżołądkach np. krów trawiących siano i słomę. Człowiek nie trawi celulozy, która zawarta jest np. w ścianach komórkowych komórek roślinnych a szczególnie w dużych ilościach w drewnie drzew.
TŁUSZCZE
Podobny skład pierwiastkowy do węglowodanów posiadają tłuszcze właściwe zbudowane z węgla, wodoru i tlenu. Są one estrami glicerolu i wyższych kwasów tłuszczowych nasyconych (kwas palmitynowy – C16H32COOH lub kwas stearynowy – C18H36COOH) lub nienasyconych (np. kwas olejowy, kwas 
linolowy, kwas linolenowy, kwas arachidonowy). Kwasy tłuszczowe nasycone są w pełni uwodornione a więc bardziej kaloryczne od tłuszczów z nienasyconymi kwasami tłuszczowymi. Kwasy tłuszczowe nienasycone występują w oleistych tłuszczach roślinnych (np. olej sojowy, kukurydziany, lniany, arachidowy, oliwkowy oraz wiele innych).
W tłuszczach zwierzęcych, które charakteryzują się konsystencją stałą, występują głównie kwasy tłuszczowe Nasycone (np. w tłuszczu wieprzowym, w maśle, w tłuszczu wołowym itp.). W zdrowym odżywianiu szczególnie ważne są niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe.
Oprócz omawianych tłuszczów właściwych, rośliny syntetyzują również tłuszcze złożone takie jak kwas fosfatydowy, lecytyna, kefalina. Oprócz węgla, wodoru i tlenu zawierają one dodatkowo fosfor (kwas fosfatydowy) lub fosfor i azot (lecytyna, kefalina). Fosfolipidy odgrywają ważną rolę w budowie mózgu oraz cytoplazmatycznych błon komórkowych warunkujących selektywny transport jonów oraz kompastymentację cytoplazmy – gdzie w wydzielonych obszarach mogą przebiegać różne reakcje biochemiczne.
AMINOKWASY i BARWNIKI
Węgiel, wodór, tlen, azot i fosfor zawierają również kwasy nukleinowe, należące do związków informacyjnych – decydują one o wszystkich przemianach metabolicznych organizmu, realizowanych za pomocą białek enzymatycznych i fitohormonów. Białka roślinne syntetyzują poza endogennymi aminokwasami, egzogenne aminokwasy, ważne dla zdrowia człowieka. Człowiek nie jest zdolny do syntezy egzogennych aminokwasów i zdobywa je z pokarmu roślinnego lub z mięsa i organów zwierząt roślinożernych. Rośliny syntetyzują barwniki asymilacyjne takie jak: chlorofile i karotenoidy. Cząsteczki te są bardzo podobne do składników czerwonych ciałek krwi: hemoglobiny. Chlorofile zawierają magnez, zaś hemoglobina żelazo. Erytropoeza (synteza erytrocytów) przebiega sprawniej, gdy organizm ludzki jest zaopatrywany w zielone liście i warzywa, zawierające chlorofile (barwniki fotosyntetyczne) i kwas foliowy.
ROŚLINY LECZNICZE
Bardzo ważną grupą związków są adaptogeny roślinne, pomagające utrzymać w organizmie stan homeostazy. Do adaptogenów należą następujące gatunki roślin:
- żeń-szeń
- cytryniec chiński
- eleuterococcus (rośnie na Syberii)
- gotu cola (rośnie w tropikach Ameryki Płd.)
- Rhodiola rosea (arktyczny korzeń)
Nie należy zapominać o ogromnej liczbie gatunków roślin leczniczych, które syntetyzują setki tysięcy metabolitów wtórnych, które wyszczególniłem w listopadowym wydaniu Magazynu Hipoalergiczni (4’2015) w artykule „Chemia – nasze przekleństwo czy zbawienie?”. Reasumując, należy podkreślić ogromną wagę produktów fotosyntezy dla codziennych potrzeb populacji ludzkiej.
Do najważniejszych produktów fotosyntezy należą:
- pożywienie
- surowce lecznicze
- drewno: celuloza, lignina, garbniki
- włókna roślinne
- aromaty
- żywice
- używki: kawa, herbata i inne
- gumy
- śluzy
- przyprawy kuchenne
- torfy
- węgiel brunatny i kamienny
CO JESZCZE POTRAFI BIOMASA ROŚLINNA?
Wiedza z zakresu fotosyntezy wkroczyła do biotechnologii, a także biologii kosmicznej, o czym pisałem w wydaniu sierpniowym Magazynu Hipoalergiczni (3’2015) – o locie załogowym z lądowaniem na księżycu. Czuję się w obowiązku poinformować Czytelnika o mojej koncepcji technologicznej,zmierzającej do zmniejszenia zagrożenia dla klimatu Ziemi przez gazy cieplarniane. Redukcja dwutlenku węgla w Polsce tylko o 30% kosztowałaby nasz kraj 214 mld złotych 
(cyt. „Rzeczpospolita”, 9 lutego, 2016 r.). Dwutlenek węgla jest emitowany do atmosfery w ciągu całego roku i kierowany przez wysokie kominy do tej objętości powietrza atmosferycznego, która znajduje się nad asymilującą CO2 roślinnością. Od listopada do wiosennego rozwoju liści drzew, nie jest on również asymilowany przez rośliny ze względu na bezlistny okres spoczynku zimowego. Moja koncepcja technologiczna zakłada chemiczne wiązanie CO2 w ciągu całego roku, a uwalnianie z uzyskanego nawozu mineralnego z gleby tylko w sezonie asymilacyjnym – wówczas najwyższe stężenie CO2 będzie pod konarami drzew leśnych, które go zwiążą fotosyntetycznie w postaci składnika drewna celulozy, stanowiącego depozyt węgla przez długie dziesiątki lat. Fotosyntetyczne wiązanie CO2 przez rośliny
Prof. Jerzy Zalasiński
drzewiaste i pozostałe rośliny uprawne, ma jeszcze tę zaletę, że w trakcie tego procesu następuje uwalnianie tlenu z fotolizy wody do atmosfery. Wyprodukowany nawóz w wyniku chemicznego wiązania CO2 może również zasilić fotosyntezę w zbiornikach morskich i oceanicznych, dostarczając pokarmu roślinożernym zwierzętom morskim (m.in. rybom), będących ważnym rezerwuarem zwierzęcego białka, ważnego w gospodarce żywieniowej.
W strefie klimatycznej subtropikalnej i tropikalnej roślinności, asymilacja dwutlenku węgla zachodzi przez cały rok, z tych też względów tworzenie w drewnie depozytów węgla z atmosferycznego, gazowego dwutlenku węgla, jest jeszcze bardziej efektywne niż w umiarkowanej strefie klimatycznej kontynentu europejskiego.
Zwiększenie koncentracji CO2 w obrębie zagęszczonej roślinności (wielopiętrowej w lasach), zwiększy znacząco produktywność fotosyntetyczną, przyczyniając się również do większego planowania w uprawach rolniczych, warzywniczych i sadach owocowych. Jako dowód na zwiększenie produktywności fotosyntetycznej biomasy roślinnej, będącej depozytem węgla uzyskanego z gazowego atmosferycznego CO2, przedstawiam na wykresie współzależności pomiędzy natężeniem światła słonecznego a intensywnością fotosyntezy przy kilku wzrastających poziomach stężenia CO2 w obrębie asymilującej go roślinności.
Prof. Jerzy Leszek Zalasiński– fizjolog i biochemik roślin, ekolog. Od wielu lat jest ekspertem ONZ, FAO/WHO i Rady Europy. Wykłady wygłaszane przez profesora na wielu uniwersytetach krajowych i zagranicznych zostały uhonorowane licznymi odznaczeniami i listami gratulacyjnymi od Rektorów. Autor wielu rozwiązań w zakresie biotechnologii ważnych dla postępu biologicznego w rolnictwie, ogrodnictwie, leśnictwie i
pszczelarstwie. Kontakt z Profesorem: redakcja@hipoalergiczni.pl
