Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Более того, те четыре нуклеотица, из которых построены все нукпеиновые кислоты. и 20 аминокислот, из которых построены все белки, одинаковы во всех организмах, включая животных, растения и микроорганизмы. Этот факт убедительно свидетельствует в пользу того, что все живые организмы произошли от об1цего предка. Для простых молекул, из которых построены Все макромолекулы, характерна еще одна примечательная особенность.
Она состоит в том, что каждая из этих молекул выполняет в клетке сразу несколько функций. Различные аминокислоты служат не только строительными блоками белков, но и предшественниками гормонов. алкалоидов. пигментов и многих других биомолекул. Нуклеотипы используются не только как строительные блоки нуклеиновых кислот, но н как коферменз ы и переносчики энергии. Б живых организмах обычно не бывает соединений, которые не выполняли бы какой-либо функции, хотя функции некоторых биомолекул нам пока неизвестньь Исходя из всех этих рассуждений, мы можем теперь сформулировать ряд принципов молекулярной ло~ики живого: Структура биологических знакрамолекул проста в своей основе. Все живые организмы состоят из одних и тех же молекул, используемых как строительные блоки, что указывает на их происхождение от общего предка.
Идентичность организмов каждого вида сахраняепк я благодаря наличию сеайстеенисга только ему набора нуклеиновых кислот и белков. осе биомолекулы выполняют и клетках специфические функции. 16 ЧАСТЬ 1. БИОМОЛЕКУЛЫ Живые организмы не составляют исключения в том смысле, что обмен энергии у них подчиняется всем обычным физическим законам. Процессы роста и поддержания жизни требуют затрат энергии, которые должны быть каким-то образом возмещены. Живые организмы поглощают из окружающей среды энергию в такой форме, чтобы ее можно было испольэовать в конкретных условиях их существования при данных значениях температуры и давления. Затем они возвращают в среду эквивалентное количество энергии, но уже в другой, менее доступной для них форме. Полезная форма энергии, которая требуется живой клетке, называется свободной зиергивй; ее можно определить просто как энергию, способную совершать работу при постоянных температуре и давлении.
Менее полезный вид энергии, возвращаемый клеткой в окру- Рис. 1-3. Живые оргаиизмы совершают раз- личные виды работы засчет иогдошаемой ими свободной эиергви окружаюшей среды. Оии воз- врмдаи:т в среду эквивадеитиое код ичсство зисргии в виде тегша и других форм иепригод- иой даа «их энергия хаотичссхого движеиив Степень такого еобесдсииваииач 1рашсаииа1 зисргии можно охарактеризовать энтропией. 1.4.
Обмен веществ и энергии в живых оргаущзьщх жающую среду, выделяется главным образом в форме тепла„которое рассеивается в среде и превращается в энергиго беспорядочного движения. Таким образом, мы можем сформулировать еше один принцип молекулярной логики живого: Живые оргапизлгы создают и паддерзкивают клазюиые, упорядоченные и Челенаправлеггиые элементы сваей структуры за гчвгп свободной энергии акрузюающвй среды; эту энергию аяи зателг возвращают в среду в менее пригодной для них форме. Хотя живые организмы способны преобразовывать энергию, они кардинальным образом отличаются от обычных машин, созданных человеком.
Системы преобразования энергии в живых клетках целиком построены из сравнительно хрупких и неустойчивых органических молекул, не способных выдерживать высокие температуры, сильный электрический ток, действие сильных кислот и оснований. Все части живой клетки имеют примерно одну и ту же температуру, нет в клетках и сколько-нибудь значительных перепадов давления. Отсюда можно заклюЧнтуч Чтп КЛЕТКИ НЕ МОГУТ ИСПОЛЬЗОВатЬ тепло как источник энергии, поскольку тепло может совершать работу лишь ~огда, когда оно переходит от более нагретого тела к более холодному. Клетки совсем не похожи на тепловые и электрические двигатели-наиболее знакомые нам типы двигателей.
Живые клетки представляют собой химические лгашияы, рабатаюиуив при ппстпяияпй температуре. Это еще один принцип молекулярной логики живого состояния. Клетки используют химическую энергию лля выполнения химической работы в процессе их роста и биосинтеза клеточных компонентов, а также осмотической работы, необходимой для переноса питательных веществ в клетку, и механической работы сократительного и двигательного аппаратов.
Для всех живых организмов в земной ГЛ 1. БИОХИМИЯ МОЛБКУЛЯРНАЯ ЛОГИКА ЖИВЪ|Х ОРГАНИЗМОВ 17 Кишим висиью~ о авета Рнс. 1-4 соднечныи светсдунит исходным источником всск форм биодогическои ввергни. Рис. 1-Я Ферменты во много раз повышают скорость опредсденнык кимическиг реакций. биосфере источником энергии служит в конечном счете солнечное излучение, которое возникает в результате реакции ядерного синтеза слияния ядер водорода с образованием ядер гелия, протекающего на Солнпе при необычайно высокой температуре. Фотосинтезируюшие клетки растений улавливают энергию солнечного излучения и расходуют ее на превращение углекислого газа и воды в разнообразные богатые энергией растительные продукты, например крахмал и целлюлозу. При этом они выделяют в атмосферу молекулярный кислород.
Другие организмы, не способные к фотосинтезу, получают необходимую им энергию путем окисления богатых энергией растительных продуктов атмосферным кислородом. Образующийся в результате углекислый газ и другие продукты окисления возвращаются в окружающую среду. и снова вовлекаются растениями в круговорот веществ. Это дает нам основание сформулировать еще два принципа молекулярной логшги живого состояния. Энергетические потребности всех живых организмов прялю или косвенно удовлетворяются за счет солнечнои энергии. Весь растительный и животный мир бвооби|е все живые организлты) зависят друг от друга, поскольку между ними через вне|инюю среду постоянно происходил обмен энергией и мате|Я|ей.
Клетки могут функционировать как химические машины благодаря присутствию в них ферментов — катализаторов. способных в значительной мере ускорять различные химические реакции без сколько-нибудь заметного потребления их самих. Ферменты — это высокоспециализированные белки, синтезируемые в клетке из простых строительных блоков — аминокислот. Каждый тип ферментов служит катализатором химической реакции только какого-то одного типа; поэтому обмен веществ в любой клетке осуществляется при участии нескольких сотен различных типов ферментов. Ферменты намного превосходят те катшгизаторы, которые синтезируют в лаборатории химики, так как они обладают значительно более высокой специфичностью и эффективностью каталитиче- (В ЧАСТЬ 1.
БИОМОЛЕКУЛЫ ~Е, ~Е» ского действия. а также способны работать в относительно мягких условияхпри умеренной температуре и физиологической концентрации водородных ионов. В присутствии ферментов за какието секунды протекают сложные последовательности реакций, для проведения которых в химической лаборатории потребовались бы дни, исцели или месяцы работы. Кроме того, реакции, катализируемые ферментами. идут со 100",;,-ным выходом и без образования побочных продуктов. В то же время известно, что реакции„которые проводят в лаборатории химики-органики, почти всегда сопровождаются образованием одного или нескольких побочных продуктов.
Поскольку каждый фермент способен ускорять лишь какую-то одну цепь реакций данного соединения, не влияя на другие возможные реакции с его уча- Рис. 1-а Ферменты чаете катализируют после- лсаательнс прстекаюцие л им ические реакции. стием, в живой клетке может одновремец(то протекать множество различных ха(лпеческих реакций; при этом не возникает никакой опасности, что клетка погрязнет в месиве бесполезных побочных продуктов.
Сотни протекающих в клетке химических реакций, катализируемых ферментами, организованы в виде множества различных последовательностей идущих друг за другом реакций. Такие последовательности могут состоять из нескольких реакц()й — от 2 до 20 и более. Одни из этих последовательностей ферментативных реакций приводит к расщеплению органических пищевых продуктов на более простые соединения, причем в процессе такого расщепления из них извлекается химическая энергия. Другие последовательности реакций, требующих затраты энергии, начинаются с малых молекул-предшествснннков, кот орые постепенно соединяются друг с другом и образуют крупные н сложные макромолекулы.
Все эти це»... пи взаимосвязанных ферментативньй" реакций, составляющих в совокупности клеточный метаболизм, имеют множество узловых точек. Кб, Клетки используют знера ию и химической форме Живые клетки улавливают, сохраняют и передают энергию в химической форме, главным образом в вице энергии, заключенной в молекулах аденазинперифагфата (АТР). Именно АТР служит главным переносчиком химической энергии в клетках всех живых организмов. АТР может передавать свою энергию некоторым другим биомолекулам, теряя при этом концевую фосфатную группу; в результате богатая энергией молекула АТР превращается в энергетически обедненную молекулу адеиозимдифасфата (АОР).
В свою очередь АОР может снова соединиться с фосфатной группой и превратиться в АТР либо за счет солнечной энергии (в фотосинтезирующих клетках), либо за счет химической энергии (в животных клетках). АТР служит главным связующим звеном ме- ГЛ. 1. БИОХИМИЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ ЛОГИКА ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ нн, ! н, (мь О О О ! нс !! Л ~1: Ы 1 х с 1.'н Π— Р— Π— Р— Π— Р— Π— Сн, .я О О О ОН ОН Рис. 1-7. Структурнаяформула(Л(ипростраги огненная молель (Б! аленоэинтрифосфата (АТР(.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
