Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_1 (1123309), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Впечатляющее единство основных аспектов различных форм жизни сочетается с удивительным разнообразием этих форм, возникающим благодаря небольшим вариациям генетического аппарата. В живой клетке протекают тысячи различных химических реакций, каждая из которых катализируется специфическим ферментом. Каким же образом достигается их гармоническая синхронизация? Очевидно, что клетке выгодно осуществлять реакции, поставляющие энергию, со скоростями, соответствующими ее энергетическим потребностям, и вырабатывать мономерные единицы (ах!Инокнслоты, нуклеотиды, сахара) со скоростями, соответствующими потребностям в этих соединениях для синтеза биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов).
Механизмы, благодаря которым осущестнляется такая регуляция, стали предметом исследования биохимиков относительно недавно. Хотя некоторые детали остаются невыясненными, удалось установить общие принципы регуляторных механизмов; примеры регуляции скорости ферментативных превращений можно найти в разных разделах этой книги. Сюда относятся механизмы, подобные системам положительной и отрицательной обратной связи в инженерной электронике; они реализуются при функционировании ряда ферментов, участвующих в процессах биосинтеза; при этом обеспечивается постоянный поток, но не избыток необходимых промежуточных продуктов.
В других случаях регуляция осуществляется путем репрессии или дерепрессии процесса образования ферментов биосинтеза. В сложном организме позвоночного животного должна быть обеспечена не только синхронизации различных путей метаболизма каждой клетки, но и согласованная гармоничная работа разных органов — мышц, печени, мозга и др. Например, в случае необходимости информация о метаболическом состоянии мышцы должна быть передана в печень. В большинстве случаев такая взаимосвязь осуществляется с помощью эндокринной системы.
Железы внутренней секреции в ответ иа изменения химического состава крови, который в свою очередь отражает изменения, происходящие в отдельных тканях или органах, синтезируют и выделяют гормоны, переносимые током крови к органам-мишеням. Там они оказывают влияние па специфические метаболические процессы. ь пгедиет Биохимии Информация может передаваться и с помощью соединений, которые не являются продуктамн эндокрянных желез. Иейромедиаторы осуществляют передачу нервного импульса от однон нервной клетки к другой или от нервной клетки к мышечной; простагланднны, синтезируемые во многих органах и тканях, модулируют активность различных типов клеток; синтез 1,25-днокснхолекальциферола„аьтввной формы витамина Р, ускоряющего всасывание Са'+ слизистой кишечника, осуществляется в результате последовательных реакций, по крайней мере в двух органах.
Циклическая адениловая кислота, имеющаяся, по-вндимому, во всех живых клетках, образуется из аденозинтрпфосфата под действием связанного с мембраной фермента — адвнилатциклазы— н ответ иа поступление сигнала из окружающей клетку среды, например появление пептидного гормона или изменение содержании питательных веществ. Характер вызываемой циклической адеииловой кислотой ответной реакции клетки зависит от типа клетки, а также от природы сигнала, вызвавшего синтез эффектора. Рассмотрение регуляторных процессов составляет основное содержание части пятой; об этих процессах часто речь идет и в других разделах.
Каким образом специализированные клетки тканей и органов вносят специфический вклад в функционирование организма животного? Остеобласты образуют костную ткань, мышечные клетки сокращаются, нервные клетки проводят сигналы, клетки почек участвуют в образовании мочи, клетки эндокрннных желез синтезируют гормоны; во всех случаях это осуществляется с помощью механизмов, специфичных для данного типа клеток. Поскольку системы, общие для всех клеток, обычно более доступны для исследования, они изучены биохимиками лучше, чем специфические системы специализированных клеток.
В последнее время на основе ранее установленных закономерностей общего характера изучение таких специфических систем развивается весьма успешно. Биохимия специализированных клеток детально рассмотрена в части четвертой, а также в других частях. Дальнейшее развитие исследований в данном направлении является одной из важных задач биохимии. Каким образо,к животное регулирует объеч и состав жидких сред, окружающих клетки, и крови, обеспечивающей связь между ними? Большой объем иинформации, накопленной в этой области, оказался чрезвычайно полезным для рационального лечения ряда заболеваний человека и способствовал развитию современной хирургии. Физиологические механизмы регуляции необычайно чувствительны и, подобно хорошим техническим системам, часто обладают необходимым «запасом прочности».
Они достигли у чело- ь пРедмет Биохимии века высокой степени совершенства, позволяя ему жить в разных климатических условиях — от экватора до полюса, спускаться в глубины океана и подниматься на горные вершины; они позволяют человеку выживать в условиях значительных колебаний состава и количества потребляемой пищи и жидкости. Эти регуляторные механизмы рассматриваются в части четвертой. С регу.ляцией жизнедеятельности позвоночных тесно связаны физиологические процессы, протекающие в эритроцнтах (гл. 32), з также функционирование гемоглобина, который относится к труппе наиболее глубоко и обстоятельно изученных белков и служит удобным объектом для выянления взаимосвязи структуры и физиологической функции белка (гл.
31). Каким образом совокупность генетической инфор»1ации, заложенной в оплодотворенном яйце, используется для направления развития дифференцируюи(егося организма? Серьезная постановка этой проблемы оказалась возможной уже несколько десятилетий назад; информация, касающаяся химических аспектов развития эмбрионов кур„морских ежей и других видов, накапливалась в течение многих лет. Но лишь в настоящее время благодаря более глубокому пониманию молекулярно-генетических механизмов созданы предпосылки для успешной разработки данной проблемы. Все возрастает объем работ, в которых рассматриваются различные механизмы, обеспечивающие определенные изменения в ходе развития простых организмов, например споруляцию или образование ресничек у бактерий, происходящее на свету образование фотосинтетического аппарата у Еид1епа и др.
Однако этот удивите.чьный процесс изучен пока еще недостаточно. Объем имеющейся информации невелик, и проблема в целом представляет собой обширное поле для будущих исследований. Вторжение микроорганизлюв или чужеродных макромолекул в организм взрослого животного вызывает «ильиунный ответ», благодаря которому внедряюгцийся агент обезвреживается. Каким образом организм распознает чужеродный характер таких агентов и делает их безвредными? Этот процесс, приводящий к образованию антител, оказался удивительно сложным, требующим участия клеток разных типов; его природа успешно расшифровывается.
Основные данные по этой проблеме приведены в гл. 30. С полюи1ью каких механизлюв клетки «узнают> друг друга? В процессе развития возникают многочисленные ситуации, при которых клетки определенного типа должны узнавать друг друга и объединяться. В некоторых случаях это необходимо для образования определенного пареихиматозного органа, например печени; в других в специфическая нервная клетка должна образовать си- Ь ПРЕДМЕТ БИОХИМИИ иапо только с определенной другой нервной клеткой, чтобы сформировался путь, ведущий от периферических участков тела в одну из областей центральной нервной системы.
В настоящее время интенсивно исследуются основы такой способности клеток узнавать друг друга. С механизмами, обеспечивающими клеткам возможность узнавать «своих», тесно связана их способность распознавать «чужые» клетки. Реализуемая прн участии клеток способность к нммунному ответу лежит в основе ограничения роста клеток злокачественных опухолей; с ним связана способность или неспособность хозяина «переносить» присутствие трансплантатов чужой ткани (или органа); в некоторых случаях он может вызывать аутоиммунные заболевания. Достижения биохимии в этой области рассмотрены в гл. 30 и 47. Можно ли описать форльг поведения на языке химии? С появлением в процессе эволюции нервных клеток и последующим развитием примитивной нервной системы, а затем высокоорганизованного мозга у Ногпо зар!епз формировались все более сложные формы поведения.
Ответы на возбуждающие стимулы, осуществляемые у большинства видов при участии нервных клеток, являются предопределенными и видоспецифическими, например плетение паутины, брачные танцы птиц. Очевидно, что познавательные способности присущи только ограниченному числу видов. Вместе с тем можно сформулировать ряд фундаментальных вопросов, относящихся к функционированию нервных клеток всех видов. Какие химические процессы лежат в основе проведения импульса по нервному аксону, обеспечивают передачу стимулирующих или тормозящих сигналов между нервными клетками и между нервными и мышечными клетками? Если данная нервная клетка образует с другими клетками многочисленные контакты, по которым поступают как стимулирующие„так и тормозящие импульсы, то каким образом получаемая «информация» суммируется для формирования окончательного «решения»7 Сумма рассмотренных вьппе простейших элементов активности нервной системы формирует «поведение», Современные представления об этих процессах суммированы в гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
