И.Л. Кнунянц - Химическая энциклопедия, том 3 (1110089), страница 202
Текст из файла (страница 202)
фермешов с субстратами или проне;кут. продуктами (см. Ферменты). Классич. пример подобной регуляции с отрицат. обратной связью — подавление изолешшном собств. биосинтеза в результате его аллостерич. взаимод. с ферментом треониндегидратаза, катализирующим начальную р-цию пути биосинтеза изолейцина. Пример положит. прямой связи — стимуляция синтеза фосфоенолпирувата в гликолизе предшествующими метаболвтами: фруктово-1,6- дифосфатом, глюкозо-6-фосфатом и глицеральдегид-3-фосфатом. Управляющие связи такого рода позволяют стаби- 625 лизировать концентрации метаболитов в неравновесной системе. Сходным образом осуществляется регуляция О.в. на уровне биосиитеза ферментов. При этом субстрат или продукт р-ции регулирует активность белкового репрессора, подавляющего транскрипцию (синтез матричной РНК на ДНК- матрице) соответствующего оперона (участок ДНК, кодирующий одну молекулу матричной РНК под контролем белка-репрессора).
Примером регуляции при помощи положит. прямой связи может слээкить в данном случае управление расщеплением лактозы. Появление в среде лактозы инактивирует у бактерии ЕасйепсМа сой соответствующий репрессор и тем самым разрешает транскрипцию оперона, кодирующсго ферменты, катализирующие расщепление лактозы. Пример регуляции при помощи отрицат. обратной связи — управление биосннтезом гистцдина. Избыток гистидина активирует репрессор, ингибирующий транскрипцию оперона, кодирующего ферменты биосинтеза гистидина. Если репрессор и белки, синтез к-рых он подавляет, кодируются одним опероном, то отрицат. обратная связь осуществляется беэ участия внеш. модуляторов активности репрессора.
Аналогичным образом осуществляется регуляция биосинтеза белка на уровне трансляции (синтез белка иа РНК-матрице). Такой механизм регуляции позволяет синтезировать белок в строгом соответствии с потребностью в нем на данном этапе существованив организма. Многоклеточные организмы наряду с рассмотренными внутриклеточными механизмами имеют надклеточные— гормональные механизмы регуляции О.в. Гормональная регуляция координирует О.в. в разя. тканях и органах и интегрирует его в рамках организма в целостную систему. Гормональная регуляция О.в.
у растений осуществляется группой фитогормонов, напр. ауксвнами и гиббереллинами. Гормональную регуляцию О.в. у животных осуществляет эндокринная система, источннкамн гормонов в к-рой являются пеитр. и переферич. железы внутр. секреции. Характер управляющих связей в этой системе иллюстрирует механизм поддержания концентрации глюкозы в крови на постоянном уровне. Так, повышение концентрации глюкозы в крови увеличивает продукцию инсулина, к-рый стимулирует клетки на усиленное потребление глюкозы. Возникающий при этом дефицит глюкозы приводит к увеличению продукции др.
пептидного гормона — глюкагона, к-рый стимулирует восстановление концентрации глюкозы благодаря расщеплению гликогена в клетках. Как правило, механизмы гормональной регуляции многоступенчаты. Воздействие гормонов на О.в. осуществляется через клеточную мембрану, во мн. случаях посредством активирования аденилатциклазной системы (см. Аоеяиаии«икляза).
Обратные связи в эндокринной системе часто замыкаются через нервную систему. При этом нервная система, получая сигналы из внеш. среды или от внутр. органов, управляет железами виутр. секреции. Напр., гипоталамус по сигналам от центр.
нервной системы, передаваемым гормонами-медиаторами (напр., норадреналином, ацетилхолином), секретирует пептндные нейрогормоны (реяизивг-факторы), разрешающие секрецию гормонов гипофиза. Последние стимулируют секрецию гормонов периферич. эндокринными железами. Эти гормоны влияют на О.в. в соответствующих органах и тканях т. обр., чтобы компенсировать изменения во внутр. среде или под.отовиться к возможным ее изменениям, прогнозируемым центр. нервной системой (напр., при стрессовых ситуациях). Гипоталамо-гипофизарная система, в частности, играет центр.
роль в регуляции водно-соленого обмена животных (см. Вазопрессию Оксшяоиш<). Регуляция при помощи управляющих связей допускает возникновение в О.в. состояний с автоколебат, режимами (см. Колебамельяые реакции), обусловлнваюшими периодич. изменение концентраций нек-рых метаболнтов. Такие автоколебат. режимы лежат в основе разл. периодич, процессов у живых организмов, напр, сердечных сокращений, суточных ритмов активности и др. 626 318 ОБМЕННОЕ Нарушешш вбмева ывцеств Различают нарушения О.в., вызываемые прямым влиянием на него неблагоприятных факторов (недостаток или несбалансированность орг, и минер.
субстратов О.в., избыточности или недостатка внеш. физ. воздействий-т-ры, саста, звука и др.), и нарушения, вызьеаемые изменениями в наследств. аппарате организма. В соответствии с этям заболевания О.в. у людей подразделяют нв болезни недостаточности и врожденные болезни. Напр., к болезням недостаточности относятся алиментарная дистрофия при голодании или недостатке в пшце незаменимых аминокислот, авитаминозы (цинга-при недостатке аскорбиновой к-ты, рахитпри недостатке витамина О). К болезням недостаточности более чувствительны организмы в стадии роста и развития. Примеры врожденных болезней — алкаптонурия, сввзаннав с недостаточной активностью ферментов, расщепляющих гомогентезиновую к-ту, ы серповндноклеточная анемия (см, Гемоглобин).
Нарушения О.в. у микроорганизмов, вызванные изменениями в составе субютратов илн полученные в результате мугагенеза, широко используют в практич. целях. Так, добавляя в пвтат. среду дрожжей сульфит натрия, удается переключить алкогольное брожение на глицериновое и создать на этой основе биотехнологию получения глвщерива В мнкробнол. иром.сти широко используют полученные селекцией и[гаммы микроорганизмов-суперпродуцевты отдельных аминокислот, антибиотиков и др.
Методы генной инженерии позволяют избирательно изменять наследственный аппарат клеток и благодаря этому деле- направленно воздействовать на структуру и двиамику О.в. у организмов. Лим ( Дотла С., Накольаа~ Д, Метабалачеппы нута, пар. а англ„м., 1973; Ныоаколм Э., Старт К., Рагулнюы метаболазма, М.,!977; Лукаер М., вторачаый метаболйзм у макраоргалазмое, раатеаай а пааотаык, пер. а «агл., М., 1979; Мак.мюррей У., Обмен ааюеата у челоаека, аар.
а «агл., М., 1980, Малмгпа А. Г., Симметрия гата реева]й метабо:пыма, М., 1984. Л. Г. Малыгин. ОБМАННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ) специфич. кваитовомех. взаимодействие тождественных частиц, в частности электронов. Является следствием принципа неразличимости частиц в квантовой механике и не имеет аналога в класснч. физике. Суть принципа неразличимости сволится к требованию определенной перестановочной симметрии волновой функции системы тождественных частиц: лдя частвц с целочисленным олином (бозонов) волновая ф-ция долл[ив бь]ть сямметричной, т.е.
оиа не должна меняться при перестановке индексов часпщ (координат и проекций спинов), а для частиц с полуцелым олином (фермионов) при такой перестановке волновав ф-цня дол:кна менять знак, т.е. быть анти- симметричной (см. Паули прин[/ил). Наличие перестаиовочной симметрии налагает ограничения на взаимное прострглств. расположение частиц, что приводит к измененшо энергии квантовой системы по сравиеншо с аналогичной классич. системой частиц.
Это изменение энергии обычно рассматривается как вызванное неким дополнительным квант овомеханическим взаимодействием, оно получило иазв. «О. в.», поскольку определяется членами в выражении дпя энергии системы, отвечающими перестановкам частиц (обмену частицамы), В химию понатие «О. в.» было введено в 1927 В. Гайтлером и Ф.
Лондоном в задаче расчета энергии основного состояния молекулы Нз. Емло показано, что возникновение О. в. валяется причиной образования ковалентной хим. связи. Пус]ь состояние электрона одного атома характеризуется волновой ф-цией (р„(г,), электрона другого атома — ф-цией (рв(гз). В нулевом приближении, т.е. при пренебрежении взанмод, между электронамн, волновая ф-ция системы двух электронов равна произведению (ра(г,)(рп(гз).
Вследствие квавтовомех. неразличимости одинаковых частей этой же энергии будет отвечать волновая ф-ция (р„(гз)(рп(г,), соответствующая обмену электронов между атомами, т.е. имеет место т. наз. обменное вырождение. Ур-ишо Шредин- гера будут удовлетворять две линейные комбинации этих ф-ций: е))=)( 'за г г[т Ы)т (Ы+е (ч)гз(ч)] (а ен )) 2(~ — га)[т (,)т (ч) — т (ч)( а)]. (з) где б„п = ) (р„(1)(ра(г) (6'-интеграл перейра]вавил электронных волновйх фций атомов А и В (см. Молекулярные юпнегрплы). Полная волновая ф-ция системм является анти- симметричной относительно перестановок электронов (т.с.
меняет знак при таких перестановках) и стронтся из произведений пространственных (координатвых) ф-цвй Ф7! и Ф77 на соответствующие спиновые ф-цви (спин-ф-ции). Из требования автисимметричносги вытекает, что ф-ция ФВ отвечает противоположному направлешпо спинов электронов и полному электронному спину свстемы Я = 0 (синглетное состояние), ф-цив ФВ-параллельно направленным спинам и полному электронному спину 8= ! (триплетное состояние). Энергия взавмод. атомов А и В в этих состояниях (Ец и ЕИ соотв,) вычисляется как среднее значение оператора взаимод.
(/„[ ЕВ = (К + А)/И + Я ); Е7! = (К вЂ” А)/(1 — 52 ), (З) где 1 ~юф А (г1) (Рв (г2) (й~/ [(('/2 А = ) ()юфл(г,) фп(г,)(р„(гз)(рв(гз)(й77)(гг)72. Интеграл К представляет классич. энергшо кулоновского взащмод. пространственно распределенных зарядов; интеграл А наз. обменным интегралом, характеризует энерппо О.в. и не имеет классич. аналога. Он появляется вследствие того, что каждый электрон, как это следует из вада волновых ф-ций, с равной вероятностью может находиться как у атома А, твк и у атома В. При этом в случае симметричной координатной ф-ции Ф71 вероятность для электронов расположиться в пространстве между ядрами увеличивается, а в случае алтисиммегричной ф-ции Фу!- уменьшается по сравнению с невзалмодействующей системой независимых атомов, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
