Клетки, мембраныВсе живые организмы построены из клеток. Клетка с наименьшей структурной, функциональной и генетической единицей в составе животных и растительных организмов. Все клетки имеют определяющие свойства живой системы, а именно: осуществляют обмен веществ и энергии и с потенциально способными к размножению путем деления с передачей потомкам своих биологических признаков.

В зависимости от особенностей структурной организации, биохимического состава и обмена веществ разделяют прокариотической (безъядерные) и эукариотические (ядерные, высоко-дифференцированные) клетки. Химический состав клеток в нрокариоиин (микроорганизмов) и еукариотин (высших растений и животных) существенно различается. Состав главных биохимических компонентов в наиболее изученных объектах исследования биохимии и молекулярной биологии-микроорганизмов кишечной палочке Escherichia coli (Е. coli) и печени белых крыс.

В многоклеточном животном организме химический состав отдельных клеточных элементов зависит вол функциональной специализации клетки, которая является компонентом определенной тканевого комплекса, и, в свою очередь, определяется Те дифференциацией, что зависит от экспрессии определенных генов в течение раннего онтогенеза. Организм взрослого человека содержит около 10 ° клеток, которые делятся более чем на 200 типов, отличающихся своими структурными, функциональными и биохимическими свойствами.

В сложных клетках высших организмов основные биохимические превращения биомолекул, составляющих сущность обмена веществ, происходящих в отдельных субклеточных органеллах - ядре, митохондриях, рибосомах, эндоплазматическом ретикулуме, лизосомах, роксисомах, аппарате Гольджи. При этом каждой субклеточные структуры присущи определенная совокупность ферментов, содержащихся в ней, и определенная последовательность реакций обмена веществ - компартментализация метаболизма (англ. compartment отсек, отделение).

 

Обмен веществ (метаболизм)

 

Биохимический состав всех живых организмов находится в динамическом состоянии, т.е. в состоянии постоянного обновления всех клеточных компонентов, которое обеспечивается непрерывным обменом веществами и энергией с окружающей среде.

 

Этот обмен веществ, или метаболизм, что является наиболее характерным признаком и обязательным условием существования любого биологического системы, делится на анаболимы (ассимиляцию, синтез) и катаболим (диссимиляции, расщепление молекул).

 

В зависимости от того, в каком виде организм получает из окружающей среды энергию и углерод, необходимые для построения собственных биомолекул - метаболитов и структурных элементов. - Все организмы разделяются на два класса - аутотрофы и гетеротрофы. Аутотрофы - ЦС микроорганизмы и растительные организмы, синтезируют свои углеродосодержащие молекулы с атмосферной диоксида углерода и воды за счет энергии солнечного света; гетерогрофы - животные организмы, к которым относится и организм человека, получают углерод в виде сложных органических молекул пищи и энергию за счет реакций биологического окисления.

 

Катаболизм и анаболизм в животных организмах

 

Катаболизм. Процессы катаболизма представляют собой совокупность реакций расщепления химических соединений, что поступают в организм в виде продуктов питания и содержат чужеродные углеводы, липиды, белки и т.п.. Кроме того, в любой клетке постоянно происходит расщепление собственных биомолекул.

 

Катаболизм является экзергоничним процессом, то есть таким, что приводит к высвобождению химической энергии, которая частично используется организмом в ходе анаболизма. Эта химическая энергия освобождается в результате реакций окисления биомолекул-промежуточных продуктов внутриклеточного расщепления моносахаридов: преимущественно глюкозы, жирных кислот, глицерина и некоторых аминокислот. Основные реакции биологического окисления, высвобождают энергию, необходимую для процессов жизнедеятельности, происходящих в митохондриях (саркосомах), в мембранах которых локализованы также сложные ферментные и ионотранспортирующие системы, реализующие накопления энергии окислительных процессов в виде высокоэнергетических (макроэргических) связей АТФ.

 

Анаболизм представляет собой постоянный синтез молекул и построение структур собственного организма из органических соединений, поступающих из окружающей среды в виде продуктов питания и продуктов их превращения (интермедиатов). Анаболические процессы являются эндергоиичными. т.е. такими, которые требуют затрат химической энергии, поставляемой за счет реакций катаболизма, преимущественно в форме молекул АТФ.

 

Таким образом, живые организмы с термодинамическими закономерностями их функционирования является не тепловыми машинами, а химическими машинами, т.е. системами, в которых различные виды работы осуществляются за счет химической энергии молекул, причем при постоянной температуре (у человека около 37 ° С). При этом источником химической энергии для эндергоничных процессов синтеза и построения новых клеточных структур является реакции биологического окисления, происходящих в электротранспортных цепях митохондрий и аккумулируют эту энергию в ходе окислительного фосфорирования. В связи с динамическим состоянием всех биологических структур живые организмы должны постоянно получать из среды в виде продуктов питания основные биомолекул и - белки, углеводы, липиды, витамины, а также воду и определенные неорганические соединения. Таким образом, исходя из постоянного обновления клеточных компонентов живых организмов, для всех классов биомолекул характерна средняя продолжительность полужизни, т.е. период времени, в течение которого компоненты определенной биологической структуры (целого организма, органа, ткани, клеточной структуры) обмениваются наполовину (Т17). В организме человека Т,, белков всего тела составляет в среднем 12 недель, белков печени -2 недели, белков мышц - 27 недель; ионообновление белков костной ткани занимает много месяцев (А Я Николаев, 1998).

 

Происхождение биомолекул

Решающим этапом в развитии проблемы происхождения биомолекул в условиях первобытной земной коры стали исследования по абиогенного синтеза биоорганических соединений, входящих в состав живых организмов. Выдающимся достижением в экспериментальном доказательстве возможностей химической эволюции стало классическое исследование Стснли Миллс-ра (5. Miller,] 953 p.), который впервые показал возможность образования карбоновых кислот и а-аминокислот, используемых для синтеза природных белков, в условиях действия электрических разрядов на газовую смесь метана, аммиака, водорода и паров воды.

 

Позже была доказана возможность образования из указанных химических смесей в условиях моделировали первоначальную атмосферу, не только аминокислот, но и пуринов и иридинов, т.е. предшественников нуклеиновых кислот.

Однако, поскольку синтез макромолекул белков и нуклеиновых кислот в условиях существующих биосистем с матричным, т.е. последовательность включения отдельных мономеров в макромолекулы (аминокислот и мононуклеотидов, соответственно) программируется на основе информации, заложенной в последовательностях матричных цепей ДНК или РНК, главной НСО ' ясной проблемой в вопросе происхождения жизни является синтез первоначальных информационных молекул, что, несмотря на существующие теории и гипотезы, принадлежит к нерешенных фундаментальных загадок современной теоретической биохимии.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+