Полная версия

Главная arrow География arrow БИОХИМИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ВЫСОКООРГАНИЗОВАННЫХ СИСТЕМАХ

Понятие живой материи ввел В.И. Вернадский. Живым веществом он назвал совокупность масс всех организмов. Живой мир чрезвычайно многообразен. К настоящему времени биологи описали более миллиона видов живых организмов. Масса живого вещества на планете оценивается в 1013... 1014 т. Каждый организм представляет собой совокупность упорядоченно взаимодействующих структур, образующих единое целое, называемое системой. В живых системах процессы протекают непрерывно в сложных последовательных и параллельных химических реакциях, в результате которых происходит рост, деление, питание, выделение клеток, а также их движение и взаимодействие между собой.

В биохимии вся совокупность химических превращений в живом организме объединена понятием метаболизм (обмен веществ). Органические вещества неживого происхождения называют абиогенными веществами, а продукты метаболизма - биогенными веществами.

Отличительными признаками живого объекта являются следующие.

  • 1. Высокая организация при сложном внутреннем строении. Любая составная часть организма имеет специальное назначение и выполняет определенные функции (клеточное строение и специфичность клеток организма).
  • 2. Способность к самовоспроизведению (рост, размножение).
  • 3. Способность извлекать, преобразовывать и использовать энергию окружающей среды.
  • 4. Умение «обучаться» (термин, под которым подразумевается как способность реагировать на воздействие окружающей среды, изменяться, приспособляясь к ее условиям, так и приобретение новых навыков и свойств под воздействием этих условий - адаптация, развитие).
  • 5. Способность живого организма поддерживать постоянный состав внутренней среды вопреки резким изменениям внешних условий.

Биохимические превращения выполняют следующие основные функции:

  • 1) снабжение химической энергией за счет расщепления богатых энергией пищевых веществ;
  • 2) превращение молекул пищевых веществ в строительные блоки, используемые в последующих метаболических процессах для построения клеточных компонентов (макромолекул);
  • 3) сборка клеточных компонентов (белков, нуклеиновых кислот, липидов, полисахаридов и пр.);
  • 4) синтез и разрушение биомолекул, выполняющих специфические функции клетки.

Живые клетки поддерживают свою внутреннюю упорядоченность в динамическом стационарном состоянии за счет веществ и свободной энергии, поступающих из внешней среды и преобразуемых в процессе метаболизма.

Для синтеза органических веществ живые организмы используют неорганические вещества: воду, углекислый газ, аммиак, соли. Различия между растениями и животными состоят в том, что у животных подобный синтез происходит в значительно меньших объемах, так как ряд веществ поступает в их организм уже в «готовом» виде.

Живые организмы способны синтезировать большое количество соединений жирного и ароматического рядов. В синтезе углеводов в организме участвуют органические молекулы, имеющие в своем составе три атома углерода: молекулы молочной кислоты, пировиноградной кислоты, глицерина и т. п. Эти вещества получили название гликогенообразователей, так как с их участием в печени происходит синтез гликогена.

Из продуктов превращения углеводов в организме образуются жиры. Из промежуточных продуктов превращения углеводов и жиров синтезируются некоторые а-кетокислоты: щавелевоуксусная, а-кетоглютаровая, пировиноградная и др. а-Кетокислоты, присоединяя аммиак, превращаются в соответствующие аминокислоты. Однако в организмах животных происходит синтез не всех необходимых для жизнедеятельности аминокислот. Полный набор аминокислот, требующийся для образования белков, синтезируется только в зеленых растениях. Животные организмы способны к синтезу только некоторых циклических соединений, например холестерина, основным «строительным» материалом которого является уксусная кислота. Организм человека не может синтезировать «простую» молекулу, имеющую бензольное кольцо, но легко синтезирует гетероциклические соединения - производные пурина, пиримидина и пиррола. Исходными материалами для синтеза пурина являются молекулы глицина, углекислого газа, муравьиной кислоты и глутамина. В синтезе пиримидина участвуют карбаминовая и янтарная кислоты.

Все живые организмы подразделяют на две группы в зависимости от способа усвоения поступающего из среды углерода.

Автотрофные клетки используют в качестве единственного источника углерода углекислый газ (СОг), из которого они строят углеродсодержащие биомолекулы. К этой группе принадлежат фотосинтезирующие бактерии и клетки зеленых растений.

Гетеротрофные клетки получают углерод в виде достаточно сложных органических соединений, например глюкозы. К ним относятся клетки животных и большинства микроорганизмов.

Следует отметить, что в природе существуют организмы, содержащие оба описанных выше типа клеток (авто- и гетеротрофные). Такие организмы носят название миксотрофы (от греч. mixis - смешение и trophe - пища, питание). Эти организмы обладают способностью питаться как неорганическими, так и органическими веществами. К миксотрофам относятся имеющие хлорофилл жгутиковые, способные в сильно загрязненных водоемах питаться органическими веществами, а также растения-полу- паразиты, насекомоядные растения.

В биосфере автотрофы и гетеротрофы сосуществуют как участники единого цикла, при котором осуществляется непрерывный круговорот углерода и кислорода между животным и растительным мирами (рис. 1.1). Источником энергии этого процесса является Солнце.

Круговорот углерода и кислорода между животным и растительным мирами

Рис. 1.1. Круговорот углерода и кислорода между животным и растительным мирами

Помимо углерода, кислорода и энергии всем живым организмам необходим азот. Азот требуется для синтеза аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований. Из 20 необходимых аминокислот человек получает «готовыми» из пищи только 10, которые организм не способен синтезировать сам. Растения могут синтезировать все аминокислоты из азота и его соединений. Поскольку основное количество азота (80 %) содержится в газообразном виде (N2), все живое, в конечном счете, зависит от организмов, способных его фиксировать. Азот фиксируют, например, цианобактерии (сине-зеленые водоросли). Они ведут независимое существование, поскольку полностью автотрофны, т. е. усваивают азот, углекислый газ и способны к фотосинтезу. Азотфиксирующие бактерии, как правило, живут в почве. Некоторые из них существуют в виде симбионтов на корневых клубеньках растений. Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до нитритов и нитратов, а денитрифицирующие вновь превращают нитраты в аммиак. Таким образом, азот, как углерод и кислород, совершает непрерывный круговорот (рис. 1.2).

Круговорот азота в биосфере

Рис. 1.2. Круговорот азота в биосфере

Все метаболические процессы - цепные, и их можно подразделить на цепи биосинтеза (анаболизма) и цепи деградации {катаболизма).

Цепные процессы (реакции) можно представить так:

Цепные реакции образуют сети, состоящие как из процессов ассимиляции (синтеза), так и диссимиляции (распада).

Ассимиляция - анаболизм - накопление, потребление, синтез - связана с ростом и развитием. Диссимиляция - катаболизм - выделение, распад, деструкция (химическое расщепление) - связана, в частности, со старением организма и отмиранием каких-либо органов в процессе жизнедеятельности, рассасывания.

Ассимиляционный и диссимиляционный процессы связаны между собой так, что сохраняется постоянство внутренней среды в организме по всем показателям для обеспечения нормальной жизнедеятельности в окружающей среде.

Динамическое постоянство внутренней среды (крови, лимфы, тканевой жидкости) и устойчивость основных физиологических функций (кровообращения, дыхания, терморегуляции, обмена веществ и т. д.) организма человека и животных называется гомеостазом.

Минимальный объем веществ, необходимый для поддержания жизни человека, находящегося в состоянии покоя, называется основным обменом. Например, в организм человека для обеспечения основного обмена требуется вводить 100 г белка в сутки.

Клеточный метаболизм - это система ферментативных превращений как веществ, так и энергии, начинающихся от исходных веществ и завершающихся биосинтезом живой материи. Простейшими единицами метаболической активности являются ферменты, каждый из которых, как правило, катализирует какую-нибудь одну химическую реакцию. Поскольку метаболические процессы - это последовательные превращения, то можно говорить о мульти- ферментных системах, действующих совместно в определенной последовательности.

Большинство ферментов представляет собой растворимые в воде глобулярные белки, каталитическими свойствами могут обладать также и структурные белки клетки.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>