Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Не исключено также, что они возникли из структ, похожих ру ур, па современные белки и нуклеиновые кислоты, но были необходимы спе» ифн » ф ческие условия для того, чтобы опн смогли организоваться в примитивные клетки, способные к воспроизвод тву. И „с . наконец, не исключено также и то, что и необ.
хо.»нмые вещества, и специальные условия существуют до сих пор где-либо на Эе»п о на Земле Однако в настоящее время невозможно наблюдать образование клеток даже прп нспользовющ о и с временных экспериментальных подходов из-за присутствия в окружюощей среде огромного числа одноклеточных организмов и их непрерывного воспроизводства. Теория зарождения жизни до ых про лем иологин. снх пор продолжает оставаться одной иэ наиболее загадочн,. б, б Эта теория должна ответить в первую очередь на два осно вных вопроса: первын— каким образом набор полимерных и низкомолекулярных веще»тв появился в ходе химической эволюции; второй — как эти вещества сумел б, и о ъединнтьгя в первые живые клеточные организмы.
Клетки необычайно разнообразны по своим р з а; мерим, формам. внутренней структуре и функциям. Огромное разнообразие клеток сущ» сущ»ствует в виде одно- клеточных о га р низмов с разнообразными уровпямн сложности. В многоклеточных организмах клетки спец»»аа»»зи)»евана»: следоватеиьно, огромное число различных типов клеток лю» жот существовать внутри одного организма В организме человека число типов клеток превышает двести. Основным п изна ризнаком живой материи является воспроизводство. Жизнь на Эемле продолжается и эволюционирует в первую очередь благодаря непрерывно му воспроизводству живых организмов. Размножение одноклеточного организма происходит главным образом посредством клеточного деления. Многоклеточные организмы зарождаются нз единственной клетки, обычно из оплодотворенного яйца. Дальнейшее развитие организма происходит в значительной степени путем ряда делений, сопровождающихся последовательным изменением клеток от поколения к поколению, приводящим к высокоспециализнрованным клеткам.
Этот процесс известен как клеточная диу1ферекцираака. По окончании дифференцировки клетки могут терять способность к делению и в течение всего периода их жизни осуществляют одну или несколько определенных функций. Например, нейроны не делятся, а только передают сигналы от мозга в различные точки многоклеточного организма. Информация, необходимая как для получения двух дочерних клеток, идентичных с материнской, так и для запрограл»мированных иэл»ене»»ий в случае дифференцировки, поставляется молекуламн ДНК.
Кроме информации расту»цим, делящимся и функционирующим клеткам необходимы специфические вещества и энергия. Все это поставляется специфическими биохимическими и биофизическими процессами, протекающими в клетке, в некоторых случаях прн участии клеточной мембраны. Обязательным процессом, про»»сходни»»»л» при клеточ»»ол» делении одноклеточных организмов, является репликация ДПК. Это справодл~во также практически во всех случаях клеточного деления многоклсточных организмов. Обычно процесс требует также увел»»чения количества 1'ПК и белковых молекул. Все этн биополимеры могут быть синтезировапы нз соответствующих мономеров внутри клетки в соответствии с клеточными программами.
Синтез бе»ков н РНК Ыс попо обычно необходим и для функционнроваш»я неделящихся клеток. Кроме того, в таких клетках может также происходить синтез ДНК для того, чтобы реставрировать повреждения молекул ДНК, полученные вследствие действия различнык химических и физических факторов, — так называемая репарация ДНК. Все эти процессы должны быть обеспечены соответствующими мопомерамн. Мономеры могут быть получены как из клетки, так и из окружающей среды. Получение мономеров внутри клетки возможно двумя противоположными способами: бносннтезом, начинающимся из простых химических соединений, и гидролизом бнополимеров, захваченных организмом.
В обоих случаях необходимый материал должен быть перенесен из окру:ка»ошей среды, а соответствующие химические превращения должны совершиться внутри клетки. Таким образом, основное свойство жизни требует, чтобы в»»летке непрерывно происходили определенные химические превращения Это, как правило, должно сопровождаться, во-первых, доставкой в клетку внешних материю»ов н, во-вторых, у»»»с»»е»»»»ем из клетки побочных продуктов этих превращений.
Следовательно, наследственные программы, присущие живым организмам, не могут бь»ть реализованы без помощи ряда биохимических процессов, другими словами, без иетайалиыиа. Как образование новых пептидных связей между растущей полипептидной цепью и аминокислотой, так и присоединение нуклоотнда к растущей полимерной цепи нуклеиновой кислоты сопровождается увеличением свободной энергии: й»й > О. Соответственно биосинтез биополнмеров должен обеспечиваться энергией. Получение и потребление энергии также базируется на ряде хньшческих превращений и является второй главной задачей метаболизма, О 0 О 11 11 11 0 0 0 1! 11 11 0 — Р— Π— Р— 0 — Р-«) — «)ио 1 1 ! 0 ' 0 0 0 — Р— Π— Р— 0" — Р— 0 — Аде 1 1 ! 0 0 О Гидролиз любой из двух связей между ортофосфатиымп остатками при рН 7 и стандартных концентрациях компонентов сопровождается умепыпением свободной энергии приблизительно па 30 кДж/моль.
При гидролизе связи, соединяющей а- и 11-фосфатные остатки в молекуле АТФ, образуются пирофосфат и аденозинмонофосфат (АМФ). Гидролиз ангидридной связи между д- и т-фосфатами типичен как для АТФ, так и для ГТФ и приводит н образовцнию ортофосфата и соответствующего нуклеозиддифосфата АДФ или ГДФ. Тем не менее, для того чтобы иметь возможность повторно использовать получившиеся дифосфаты, они должны быть фосфорилированы по д-положению, а АМФ должен подвергнуться двойному фосфорилированию Оба процесса протекают с ЬС > О и требуют внешних источников энергии.
На Земле существует два таких основных источника. Первым источншсом является солнечная радиация. В биосфере огромное число живых организмов (зеленые растения и цпапобантерии) обладают специальной системой, способной использовать кванты солнечной энергии для переноса электронов от воды к СОы Начальной реакцией этого потока является фотохимический процесс 20г0 — + 4Н' + 4е + Оэ Ао (1.2) Конечным процессом является образование углеводов из СО в соответствии со стехиометрическим уравнением Несомненно, роль как биосинтетических, так и биоэнергетических процессов ие исчерпывается биосинтезом новых молекул биополимера.
Чем более сложен ясивой организм, тем более разнообразны его потребности в разных химических соединениях. Рассмотрение наиболее важных метаболических процессов является основным содержанием этого учебника. Источником непосредственно используемой энергии в подавляющем большинстве биологических процессов является гидролиз ангидридных связей в трифосфатных фрагментах нунлеозидтрифосфатов. В основном используется два нуклеозидтрифосфата, а именно содержащие аденозин и гуапозин в качестве нуклеозидных остатков.
Обычно в химических формулах они обозначаются аббревиатурами Аде и Сио соответственно. В текстах адеиозинтрифосфат и суаиоэинтрифосфат обозначаются как АТФ н ГТФ: динений атмосферным кислородом, используя, таким образом, основные продукты фотосинтеза. В этих живых организмах поток электронов противоположен потоку при фотосинтезе. На определенных стадиях часть энергии, получающейся при окислении, используется для фосфорилирования.
В этом случае процесс называют окислительиы и фосфорилирооаиие и. Он будет подробно рассмотрен в гл. 8. Все типы существующих клеток делит на два основных класса: прокариотические и эукариотические. Наиболее замечательная особенность последних заключается в наличии специальной внутриклеточной структуры — ядра, которое содержит преобладающую часть ДНК и, следовательно, наследственную информацию. Ядро отделено от внутреннего содержания клетки — иитоилаз иы — ядерной .ие.ибраиой.
Кроме ДНК ядро содержит ряд белков, в первую очередь тех, которые участвуют в реплпкации и транскрипции, а также необходимы для деления клеток. В ядре эукариотических клеток ДНК существует в форме специальных органелл — *ро.аосоль Эти органеллы можно увидеть в световом микроскопе на определенной стадии деления клетки. В болев примитивных прокариотических клетках ДНК не выделяется специальной дополнительной мембраной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
