Добро
пожаловать на наш сайт!
ПОЗНАНИЕ
ПРОДОЛЖАЕТСЯ...
15.04.2019 20:44 дата обновления страницы
Наука о жизни
Дата создания сайта:
08/12/2012
Дата создания
сайта: 08/12/2012 Дата обновления главной страницы:
15.04.2019 20:44
icq:
613603564
Биохимия изучает превращения в организмах
В каждой клетке любого живого организма непрестанно идут сложные и
разнообразные химические превращения, которые называются обменом веществ
(см. ст. "Обмен веществ"). Воспринимаемые организмом из окружающей среды
вещества подвергаются внутри его клеток сложным изменениям, в результате
которых они становятся веществами самого организма. В то же время
происходит непрерывное разложение веществ, входящих в состав его клеток.
Несмотря на то, что эти процессы прямо противоположны по своему
характеру, каждый организм в течение жизни сохраняет присущие ему форму,
химический состав и свойства. Такое постоянство достигается тем, что
процессы образования и распада протекают в определенной, строго
отрегулированной последовательности: на смену каждой распавшейся
составной части клетки приходит новая, выполняющая те же самые функции.
Все эти сложные превращения, протекающие в тканях организма, составляют
основу его жизнедеятельности: питания, роста, развития, размножения,
движения, поглощения и выделения веществ, дыхания и брожения. Сущность
перечисленных процессов изучает наука, которая называется биологической
химией или биохимией.
Происходящие в организме процессы характеризуются не только
необыкновенной сложностью, но и чрезвычайно большой скоростью, во много
раз больше той, с которой они совершаются в лабораторной пробирке или
стакане. Например, при дыхании в тканях растений происходит интенсивное
разложение сахара, окисление его до степени образования углекислого газа
и воды. Сложное органическое вещество распадается на более простые
неорганические соединения, выделяющиеся в атмосферу. Этот процесс
происходит в каждой клеточке растения и не прекращается даже при
довольно низкой температуре. Вместе с тем хорошо известно, что тот же
сахар вне организма и при более высокой температуре не окисляется, а
чтобы заставить его сгореть с образованием тех же конечных продуктов
реакции, его нужно нагреть очень сильно.
Особые вещества, вырабатываемые протоплазмой живых клеток, - ферменты -
обладают замечательной способностью: в клетке их ничтожно мало, но они
увеличивают скорость биохимических реакций в десятки миллионов раз. В
отсутствие ферментов эти реакции шли бы настолько медленно, что не могли
бы обеспечить жизнедеятельность организма.
Коренным образом изменяется картина жизни организма, если деятельность
находящихся в его клетках ферментов затруднена по той или иной причине.
Например, процесс дыхания в сухих семенах идет очень слабо, так как для
активной деятельности ферментов в них не хватает воды. Но уже через
несколько часов после увлажнения в тех же семенах активность ферментов
и, соответственно, дыхание увеличиваются в сотни и тысячи раз.
Как уже говорилось, дыхание растения - это окисление сахара или других
сложных органических веществ кислородом воздуха до воды и углекислого
газа.
Зачем же нужен этот процесс растению? Биохимики показали, что для
нормального роста и развития растению, как и всякому другому организму,
требуется большое количество энергии. Вот эта-то энергия и образуется в
процессе дыхания.
Когда мы сжигаем сахар, энергия выделяется в виде теплоты и рассеивается
в воздухе. Если так же сразу выделится вся энергия, заключенная в
дыхательном материале растения, в животной клетке, произойдет своего
рода взрыв, который погубит ее.
В лучшем случае клетки не смогут сразу использовать такое количество
энергии, и большая часть ее будет безвозвратно потеряна. В организме же
идет постепенный, тонко регулируемый с помощью ферментол процесс. На
каждом участке выделяется лишь понемногу энергии, которую клетка
запасает чаще всего в виде особых соединений, содержащих фосфорную
кислоту. Наиболее распространенное из них - аденозинтри-фосфорная
кислота.
Эти вещества представляют собственно своеобразное горючее, которое
клетка |;.тем постепенно расходует, производя различные виды "работы".
Например, энергия того горючего используется при поглощении воды и
минеральных веществ корневыми системами, она - двигатель веществ в
растении и т. д.
Важное значение для жизнедеятельности организма имеют разнообразные
промежуточные продукты, которые образуются во время дыхания. Многие из
них при помощи соответствующих ферментов становятся участниками
различных биохимических реакций, в ходе которых клетка строит свою
протоплазму, заменяет отработанные части, создает материалы для
построения новых клеток и органов.
Универсальный, основной источник энергии, благодаря которому возможна
жизнь, - это Солнце. Посредником между Солнцем и животным миром Земли
служат зеленые растения. В зеленом листе совершается работа,
связывающая, по словам Тимирязева, существование всего органического
мира с Солнцем. Процесс этот носит название фотосинтеза.
Ученые стремятся проникнуть в тайны фотосинтеза, чтобы научиться
производить органические вещества из неорганических искусственно, в
лаборатории, без участия листа. Нет сомнения, что эта задача будет
решена.
Из сказанного выше ясно, что улучшение свойств растения, его способность
использовать питательные вещества, солнечную энергию и другие факторы
роста, способность накапливать в тканях определенные количества
различных веществ теснейшим образом связаны с деятельностью ферментов.
Повышение урожайности растения во многом зависит от совершенствования
его ферментной системы. Ученые установили, что степень богатства
углеводами запасных органов растений - корнеплодов, луковиц, клубней -
зависит от свойств ферментов, управляющих превращениями Сахаров. Чем
выше способность ферментов ускорять превращение простых Сахаров в более
сложные, например Сахаров в крахмал, тем больше углеводов накопится в
запасающих органах растений.
Зимостойкость и засухоустойчивость растений зависят от состояния их
обмена веществ в условиях сильного обезвоживания ткани или охлаждения. У
растений, устойчивых к таким неблагоприятным условиям, ферменты
сохраняют способность ускорять процессы синтеза. У неустойчивых работа
ферментов и весь обмен веществ в этих условиях резко нарушается.
Вскрыв эти закономерности, биохимики одновременно установили, что
действием ферментов можно управлять, создавая для растения
соответствующие условия корневого и воздушного питания, а также проводя
специальный отбор (селекцию). Используя эти приемы, селекционеры в
содружестве с биохимиками создали высокосахаристые сорта сахарной
свеклы, арбузов и дынь, высококрахмалистые сорта картофеля, сорта
подсолнечника с содержанием масла в семенах до 50% и т. д.
Большие успехи достигнуты в создании сортов сельскохозяйственных культур
(пшеница, картофель, сахарная свекла, табак, подсолнечник и др.),
стойких против болезней и вредителей.
Биохимики установили, что в корнях происходит образование физиологически
активных веществ, играющих большую роль в жизни всего растения. На этой
основе советские селекционеры ведут в настоящее время очень успешную
селекцию пшеницы, свеклы и других культур, отбирая растения с мощной
корневой системой.
Работы в области биохимии питания сельскохозяйственных животных
позволили направленно влиять на их обмен веществ и таким путем повышать
их молочную и мясную продуктивность, яйценоскость у птиц и т. д.
Многообразна роль биохимии в медицине. Болезненные нарушения в организме
всегда или вызываются или сопровождаются значительными изменениями в
обмене веществ и
сказываются на составе и свойствах крови, желчи, мочи и других выделений
организма. Детальный анализ крови отражает течение основных жизненных
процессов в органах и тканях, помогает правильно установить диагноз,
правильно использовать необходимую дозу лекарственных препаратов.
Проведены многочисленные биохимические исследования гормонов,
вырабатываемых железами внутренней секреции. Подробно изучены гормоны
надпочечников, щитовидной железы, разработаны способы их выделения и
широкого использования в медицине. Гормон поджелудочной железы инсулин -
единственное средство лечения тяжелого заболевания - сахарной болезни
(диабета) - не только детально изучен, но и синтезирован искусственно, в
лаборатории.
Все большее значение в медицине приобретают антибиотики - вещества,
вырабатываемые определенными видами микроорганизмов. Эти вещества,
выделенные из микроорганизмов или полученные синтетически, принадлежат к
числу могучих и эффективных средств борьбы с заразными (инфекционными)
заболеваниями, вызываемыми вирусами и болезнетворными бактериями.
Наиболее важная составная часть протоплазмы, основа ее химической
структуры - белки. Роль белков в жизни клетки состоит прежде всего в
том, что они участвуют в построении молекул всех содержащихся в ней
ферментов.
Многие ферменты - чистые белки, в других ферментах белки связаны с
какими-либо химическими соединениями, называемыми коферментами. Все
замечательные свойства ферментов определяются именно природой белка,
входящего в состав каждого из этих катализаторов.
Исключительно большую и разностороннюю роль в жизни всех организмов
играют нуклеиновые кислоты, от которых зависит синтез белков, в том
числе белков-ферментов, о роли которых мы уже говорили. Нуклеиновым
кислотам принадлежит важная роль в передаче наследственных свойств от
родительских организмов потомству (см. ст. "Молекулярная биология").
Особенности строения белков и нуклеиновых кислот обусловливают их
чрезвычайно высокую химическую активность, способ-
ность вступать в реакции друг с другом и с бесконечным множеством других
составных частей протоплазмы. Благодаря этому белки и нуклеиновые
кислоты никогда не встречаются в протоплазме в свободном состоянии. Они
всегда образуют сложные соединения, состоящие из нескольких различных
веществ и обладающие высокой биологической активностью. Наличие этих
соединений в протоплазме сообщает ей необычайную подвижность. Они -
основной двигатель и регулятор протекающих в живой клетке процессов
обмена веществ.
Так, успешно развиваясь, наука о химических процессах жизни становится
все более действенным, надежным нашим союзником в борьбе за повышение
благосостояния и здоровья человечества.
Б.А. Рубин
Размещение фотографий и
цитирование статей с нашего сайта на других ресурсах разрешается при
условии указания ссылки на первоисточник и фотографии.
