Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Генетические основы биохимии 50 1.5. Эволюционные основы биохимии 54 п римерно пятнадцать — двадцать миллиардов лст назад в результате взрыва, сопровожлавшегося извержением раскаленных субатомных частиц с очень высокой энергией, возникла Вселенная. Простейшие элементы (волорол и гелий) образовались за считанные секунды. По мере расширения и остывання Вселенной материя под действием гравитации конденсировалась, и возникали звезлы.
Некоторыс из них стщювились огромными и взрывались как сверхновые звезды, высвобождая энергию, необходимую лля слияния простых атомных ядер и образования более сложных химических элементов. Так несколько миллиардов лет назад возникла Земля с теми химическими элементами, которые сейчас на ней существуют. Жизнь возникла около четырех миллиарлов лет назал; появились простые микроорганизмы, способные добывать энергию из химических соелинений, позже — пз солнечного света и использовать ее лля синтеза великого множества сложных биомолекул, используя простые элементы и соединения, находящиеся на поверхности Земли. Биохимия изучает, каким образом замечательные свойства живых организмов возникают из тысяч различных неживых молекул.
Выделен- ные в индивидуальном состоянии и исследованные, эти молекулы полчиняются всем физическим и химическим законам, описывающим поведение неживой материи; зто справедливо лля всех процессов, протекающих в живых организмах. Биохимические исследования позволяют понять, каким образом псживые молекулы в составе живых организмов взаимодействуют между собой, способствуя сохранению и непрерывному поддержанию жизни, причем и взаимодействия происходят строго в соответствии с физическими и химическими законами, управляющими неживой материей.
Тем нс менее живые организмы обладают особыми признаками, отличакпцими их от других матсриальных объектов. Каковы же эти отличительные признаки? Высокая сложность химической структуры и микроскопической организации. Тысячи различных молекул участвуют в составлении замысловатой внутренней структуры клетки (рис. 1-1, а). Среди ннх встречаются очень длинные полимеры (каждая макромолскула содержит характерный набор субъелиниц и имеет уникальную трехмерную структуру), а также способность к высокоспецифическому, т.е.
избирательному, связыванию с другими молекулами внутри клетки. Система получения, преобразования и использования энергии окружающей среды (рис.1-1, б) позволяет организму созлавать и поддерживать свои внутренние структуры и выполнять механическую, химическую, 1161 К Основы биохимии Рис. 1-1. Некоторые признаки живой материи. а) Электронная микрофотография окрашенного тонкого среза мышечной ткани позвоночного иллюстрирует сложность микроскопической организации живой ткани; б) степном совал получает необходимые ему питательные вещества, поедая более мелких птиц; в) биологическое воспроизведение характеризуется изумительной точностью.
осмотическую и электрическую работу. Это протнволсйствуег стремлению всей неживой материи к распаду и переходу в неупорядоченное состояние. В результате достигается равновесие с окружаюпссй средой. Способность к точному самовоспроизведению (рис. 1-1, о). Из единственной бактериальной клетки, помещенной в гггерильную цитатсльпую среду, за 24 ч может возникнуть миллиарл идентичных «дочерних» клеток. Каждая клетка содержит тысячи различных молекул, нскоторыс из нпх имеют чрезвычайно сложную структуру, но тем не менее каждая бактерия является точной копией оригинала, и се структура полностью определяется информацией, содержащейся в генетическом материале исходной клетки. Механизмы восприятия изменений в окружающей среде непрерывно приводят организм в соответствие с условиями среды путем адаптации внутренней химической структуры или изменения положения в окружаюп1сй грело.
Специфические функции всех компонентов живого организма и регуляция их взаимоотношений. Это отличительная черта нс только макроструктур, таких как стебель и лигт илн сердце и легкое, но также микроскопн- ческих вцутрнклсточных структур и индивидуальных химичес кпх гослпнснпй. Взаимолсйствие химических козин>центов в живом организме зппазшчпо, пзмспсппя в олпом соединении вызывают коорлпнируюп1пс пли компенсаторные изменения в других, причем вмссте весь ансамбль приобретает черты, отличные от тех, что прпгусцп его отдельным частям.
Набор молекул выполняет некую программу, конечный результат которой состоит в воспроизведении этой программы и самого набора молекул, т. с. жизни. Способность изменяться со временем путем последовательной эволюции. Организмы очеш* понемногу изменяют наследуемые стратегии выживания в шх>тветствпн с изменениями внсппшх уг.ювпй. Рсзультапнв бесконечной эволюции является огромное многообрвзнсформ жизни, внешне вес ьча различных (рис. 1-2), но и огповс своей связанных общим происхождением. Эта обшносп всех живых организмов па молекулярном уровне выражастгя в сходстве последовательностей генон и структуры белков. Несмотря на зтп общие свойства н основзлюлагаюшсс единство жизни, сложно сделать обобщения лля вгсх живых органпзмон. Разнообразие жизни на Земле огромно.
Диапазон условий сушествования оргюшзмов - от горячих источников Ркс. 1-2. Разлнчные живые ор(аннзмы имеют одннаковое хнмнческое строение. Птицы, звери, растения, иочвенные микроорганизмы к человек имеют одни и те же основные структурные единицы (клеткн) к макромолекулы (ДНК РНК белки), построенные кз мономерных единиц одинакового вида (нуклеоткды, амкнокислоты). Живые организмы используют одни и те же метаболические пути для синтеза компонентов клеткк, у нкх общий генеткческкй код, и они происходят от одних к тех же эволюцконных предков.
Приведен фрагмент картины Яна ван Кесселя мл. (1626 — 1679) «Сады Эдемав. ло арктической ту|щры и от кишечника животных ло стулснческих Обик жи шй — го<>твст< тву< т ишрокому лиаиазоиу си< цифичсской биохимич<ч кой щаитации, лостигасмой в Пределах об|цсй химической структуры.,'1ля большей яси<кти в лаииой кингс мы ииогла используем обобщения, которые. жаможио, нгсовгршеииы, но иол<зны.
Кроме п>го, мы часто обращаем внимание на исклк>чеиия. которьк можно иодкрсшп'ь Примерами. Нйи>хим|ш измолскуляриомуровигоии<ыва<ч ггруктуру. мсхаиизмы и химические ироцг(ты, ('войгпкииыс нссм ор(тиис)з(ая(, и формулирует ири нцииь! ор| ниизации. лсжщиис н <>сиовс л кк>ых форм жиз|ш, которые можно назвать ириицииами Полек(7|яриои логики .нгизии. Хотя биохимия вносит знач|псльный вяла;| в <[>унзаыситальнук> и ирикла,|иую мслиции); сельское хозяйство, сигтему питания и иромьиилешюсть, се <киошюй залачгй ялг(я<тся изучение гамой жизни.
В лаииой вгтуиитсльной главе мы кратко о<таиовим<я иа оцигаиии клеточных. химических, физических (тсрмо;ишамичс<ких) и ггие- 1.1 Прннцнлы ор(аннзацки клеткн [ ! 7 [ тичс<ких основ оиохимии и оби|его ирш|цииа :>во:иоции изменения свойсп! живых кл<'п>к иа иротяжсиии иоколеиий. !!ри ирочте|ши киип! в<ывращение к Ланиой глав< может оказаться полезным лля восстаиовлсиия в памяти излож< иного здесь фуиламснтальиого материл. и!. 1.1. Принципы органиэации клетки 1:дииство и раз:|ичис Ор|анизъп)в Гт|шонят(я очснилиыми уже иа ккточ|юм уровис. С амыс маленькие организмы состоят из олиой клетки и имс|от микроск<яшчсские размеры. !>ол<с крупиьп миОГОкл<тОчиыс ОРГаш|змы ГО;и ржат мноГО разных тшц>в клеток, отличаанцихся ио размгр>л форме и сисцифичсгким фуикциям.
1!Сгм<л ря на зги очешщиые различия, нге клетки как Прост< йишх, так и наиболее сложных ор|тишзмон имсял общ|п фуиламснтальиыс свойства, которые можио исследовать иа биохимичсгком уровис. Клетки являются структурными и функциональными единицами всех живых организмов К кики всех видов имеют <хнцие структуриыг о<т>- бгнн<кти (рнс.1-3). Плазматнческая мембрана ограничивает клсткз< отлгляя сг солержимог от окружакнцсй среды. Мсмораиа < остоит из молгкул лииилон и белков, обралукши>х тонкий. >С(озиы(й иластичиый. гилрофобиый барьер в<жруг ьлггки.
Мембрана иреиятствугг слобо,июму ироиикиовснию в ктстку исоргаиичсских ионов и <кх (ыи Ни< тна Лруп|х заряжгицых или полярных гоелиигний. и!х>хождение оирсделсниых иоиов и м<щскул о<кгисчивакл' трансиортиыс ослки внутри илазматичсткой ь<ся«)!нн|ы; рецеиторные <к.зки исрслакп в клетку сигналы; мембранные фсрмгнты участвуют н искои)рых мстаболичсгких реакциях. носко.и ку о>7(сльныс лииилы и б«зки в илазматической мгмбра|к' и(.' сня;щиы между ГО(юй к<)в|<де|ГО|жми связями, вся структура отличает< я замсчатс.и иой п<бкогтыо, и<х|воляхнцей клетке |ымсшггь свох> форму и размер. По мере роста кзетки в илазматич<юкук> мсморану встраива|отся вновь обрщзук)щисгя молекулы лииилов и белков.
При лсле|иш каждой кзсгки Образуя>тся лвс иовыс, кажла>| из которых окружена собстнсииой мембраной. Р<кт и лслсии<' (;цх)Пление) клетки ироисхолят без иаруик иия цслогтн(к ти мсмбраиы. [18~ 1. Основы биохимии Ядро (у эуквриот) илн нуклеонд (у бактерий) Содержит генетический материал в форме ЛНК и связанные с ней белки, Ядро окружено мембраной. Плээмвтическвя мембрана прочный и гибкий двойной 'з/ липндный слой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
