О селекции и появлении новых видов. 6 страница

Чужеродные белки уничтожаются, так как это смертельно клетке. Структура белков определяет форму и функцию клеток. Все белки клетки действуют как единый механизм. Чужой белок будет иной структуры – это нарушит единый механизм, нарушится функциональность клетки. Деятельность ферментов, белков (взаимосвязанных системно) – есть деятельность клетки. Клетки синтезируют огромное разнообразие защитных белков – антител (в лимфоидных тканях – вилочковая железа, лимфатические железы, селезенка – производятся лимфоциты; в белых кровяных тельцах – лейкоцитах – образуются антитела – особые белки). Антитела – это иммуноглобулины. Они имеют участок, узнающий «пришельца», и участок, обеспечивающий «расправу» с ним. Антитела узнают чужеродные белки и иные биополимеры (полисахариды, полинуклеотиды) и их комплексы, в свободном виде растворенные в жидких средах организма или в составе бактерий и вирусов. Расщепление белков, углеводов и других веществ происходит в результате катализируемого ферментами взаимодействия их с водой (это реакции гидролиза – вода и расщепление).

Антигены (чужеродные биополимеры) вызывают в лимфоцитах синтез антител-иммуноглобулинов определенного типа, способных узнавать антиген и взаимодействовать с ним. Присоединяясь к целым клеткам болезнетворных бактерий, антитела привлекают особые ферментные белки, которые разрушают оболочки бактерий, что ведет к их гибели. Самое удивительное, говорят ученые, то, что лимфоциты способны ответить синтезом соответствующих антител на любой антиген, с которым клетки и организм даже никогда до этого не встречались (т.е. синтезируются, образуются без всяких отборов, приспособлений – создаются сразу, это очень целенаправленный предвиденный процесс, то, что может делать и человек; прим. авт.). Природа такого удивительного явления стала понятна только тогда, когда были исследованы гены, ответственные за синтез иммуноглобулинов. Оказалось, что в эмбриональном периоде развития происходит множественные перетасовки генов, которые обеспечивают синтез огромного разнообразия антител, способных узнать практически любой антиген. Но кто образует эти гены? Кто обеспечивает синтез?

В клетках человека и животных синтезируются специальные противовирусные белки – интерфероны. Синтез таких белков начинается после встречи клетки с вирусной нуклеиновой кислотой. Интерферон через систему посредников активизирует в летке фермент, расщепляющий вирусные нуклеиновые кислоты, и включают синтез фермента, блокирующего аппарат синтеза вирусных белков. Белок уничтожает чужой генетический аппарат вирусов. ДНК не может защищаться или совершать какие-либо действия. У ДНК берут информацию. Белки защищают и себя, и свою генетическую информацию, по которой воспроизводятся.

Растения в ответ на атаку болезнетворных микроорганизмов (патогенов) также синтезируют ряд защитных белков. Это ферменты, которые катализируют синтез сложных защитных соединений – флавоноидов, терпенов, алкалоидов. Это также ферменты, разрушающие наружные покровы патогенов, ферменты, которые делают более прочными наружные покровы самих растений. Такими различными способами белки служат средствами защиты биологического мира от вызывающих заболевания микроорганизмов.

Заболевания – это нарушение системного движения, повреждение системного устройства, вызываемые не только микроорганизмами. Например, каждая нить ДНК повреждаются в среднем каждые 8, 4 секунды – десять тысяч раз в день. Химические и другие агенты, которые врезаются внутрь или разрезают её, и каждую из этих ран нужно быстро зашить, если клетке не предназначено погибнуть. Кто зашивает, кто сохраняет организм?

Билл Брайсон пишет: «Особенно полны жизни и подвижны белки – они скручиваются, пульсируют и влетают друг в друга до миллиарда раз в секунду. Всюду снуют ферменты, тоже разновидности белка, выполняя до тысячи задач в секунду. Словно поразительно ускоренные рабочие муравьи, они деловито строят и перестраивают молекулы, тащат кусок от одной, добавляют его к другой. Некоторые следят за пролетающими белками и химически помечают непоправимо поврежденные или попорченные. Отобранные таким путем обреченные белки перерабатываются структурами, называемыми протеасомами, где их разбирают, а составные части используют для создания новых белков. Некоторые виды белков существуют менее получаса; другие живут неделями. Но все их существование протекает в бешеном темпе».

Строят, чинят – ферменты. Это важнейший жизненный элемент биологического мира. Это мир молекулярных действий, где протекает своя жизнь в своем режиме. Бельгийский ученый биохимик Кристиан де Дюв лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1974 года, открывший лизосомы и пероксисомы, сказал: «Из-за немыслимой скорости происходящих там процессов молекулярный мир неизбежно должен полностью остаться за пределами нашего воображения».

Биохимик А. Азимов пишет: «Для обеспечения жизнедеятельности во всех её проявлениях в тканях организма должны протекать химические реакции. Причем не просто протекать – они должны идти с большими скоростями и, что очень важно, согласованно одна с другой, потому что жизнедеятельность организма не обусловлена какой-то отдельно взятой химической реакцией, она осуществляется за счет очень многих самых разнообразных реакций, протекающих одновременно и, повторяю, согласованно. Более того, все эти реакции должны идти в очень мягких условиях: живая природа не пользуется ни высокой температурой, ни сильными кислотами или щелочами, ни высоким давлением – излюбленным арсеналом средств химиков-органиков. Кроме того, химические реакции в организме должны протекать под постоянным строгим контролем. Дело в том, что интенсивность биохимических процессов не постоянна: она зависит от условий внешней среды и потребностей организма – факторов, которые постоянно изменяются. Чрезмерное замедление или, наоборот, ускорение даже одной реакции – а их в организме одновременно протекают тысячи! – может привести к менее или более серьезным нарушениям в функционировании всего организма.

И контроль над этими реакциями осуществляют белки».

Для нас реакции, проходящие в биологическом мире очень быстры, но они нормальны для этого мира, это их мир действия. Одна реакция в отдельности не может существовать, действовать, т.к. мир устроен так, где жизнь постоянно перемещается из одного круга движения в другой. Постоянно происходит взаимодействия миров, различных уровней движений. Из-за этого происходят сами реакции, переходы из одного состояния в другие, когда энергия постоянно курсирует (она то забирается, то отдается – поэтому постоянно происходит движение). Из этого строится жизнь – повторяющихся постоянно циклических взаимодействий, реакций – движения. Не живой природы не бывает. Термин «живой» появился тогда, когда еще не знали о жизни на микроуровне (молекулярном, атомном, ядерном). Жизнь наша существует еще и оттого, что существует геохимическая жизнь Земле, на которой проходят одновременно множество химических реакций, которые связаны между собой и проходят по одному кругу движения. Этот и есть жизнь. На Земле, благодаря расположению планеты, огромного количества воды в жидком состоянии и других факторов, появились условия, когда могут протекать биохимические реакции (их может быть только комплекс – комплекс новый может создаваться только заново, он не может изменяться частично, т.к. нарушит согласованность всех реакций, движения по кругу уже не будет, жизнь остановится) в очерченном биологическом пространстве (мире) – в еще более мягких условиях. Люди в своем мире устанавливают свои реакции, они используют свой арсенал средств (высокую температуру, высокое давление сильную кислотность ит.д.). В биологическом мире установлены другие и это не может выглядеть странным. Там действуют свои участники, которые совсем не похожи на людей. Мы должны отвыкнуть приравнивать свой мир к другим уровням жизни.

Все биохимические реакции в клетке строго структурированы и осуществляются при участии высокоспецифических биокатализаторов – ферментов, которые соединяясь с биологическими молекулами – субстратами, снижает энергию активизации, необходимую для осуществления той или иной реакции (энергия активизации – это минимальное количество энергии, необходимое молекуле для вступления в химическую реакцию). Ферменты ускоряют реакцию на 10 порядков.

Ферменты очень эффективные и специфические катализаторы. Существует фермент каталаза, который разлагает перекись водорода до кислорода и воды. Разложение перекиси водорода в растворе можно также катализировать железными опилками или двуокисью марганца. Но в количественном соотношении каталаза ускоряет разложение перекиси водорода в гораздо большей степени, чем это делают неорганические катализаторы. Каждая молекула каталазы при 0 градусов способствует разрушению 44 000 молекул перекиси водорода в секунду.

Если ферментов лишить активности, что тогда будет с клеткой, с организмом? Есть яды, которые способны взаимодействовать с ключевыми ферментами, лишают их активности, тем вызывают смерть биологическим системам (если смерть, значит, была жизнь – жизнь молекул и эта жизнь очень важна, чтобы была жизнь в организме: одноклеточном, многоклеточном). Тяжелые металлы при введении их в виде солей – например, хлористая ртуть или нитрат бария – взаимодействуют с тиоловыми группами, которые принимают участие в работе многих ферментов; другие вещества, такие, как цианистый калий или синильная кислота, при попадании в организм взаимодействуют своими цианогруппами (-CN) с атомами железа, которые входят в состав многих ключевых ферментов, и вызывают быструю смерть. Без активности ферментов реакции останавливаются, циклического движения нет, система тут же разрушается, жизнь переходит в другое системное движение. Фермент – это жизнь.

Катализатор – это участник действия, который убыстряет режим взаимодействий (процессы в нашем организме должны проходить очень быстро, такое устройство биологического мира и это делают ферменты). Ингибиторы (каталитические яды) это химические вещества, которые снижают эффективность катализаторов, изменяя их или затрудняя подход к ним регентов. Активность ферментов зависит от реакции среды (кислотная, щелочная) и температуры; оптимальная температура для большинства ферментов 40-50 градусов.

В основе ферментативного катализа лежат те же химические закономерности, что и в основе небиологического катализа. Неорганический катализ был переведен в биологический. В биологическом катализе участвуют те же химические элементы, что и в неорганическом. Ученые пишут, что биологическая роль микроэлементов определяется участием практически во всех видах обмена веществ: они являются кофакторами – непрерывными компонентами многих ферментов, витаминов, гормонов, участвуют во многих процессах, обеспечивают жизнедеятельность. Механизм их действия таков: присоединяясь к высокомолекулярным биополимерам, металлы выступают как организаторы третичной и четвертичной структуры белка и активных центров ферментов. Довольно часто ионы металлов включены в простетическую группу фермента, реже они образуют с белком-ферментом прочное соединение. Многие катионы на короткое время связывают очень непрочно либо субстрат и фермент, либо при образовании протеидов – кофермент с апоферментом. Большинство ферментов тем или иным образом связано с металлами: они поддерживают пространственную конфигурацию, в которой проявляется каталитическая активность. Так, ионы цинка играют выдающуюся роль в формировании активной формы гормона инсулина. Важнейшие функции - реализация генетической информации, образование субклеточных структур, метаболические процессы, выработка энергии, так или иначе, зависят от мельчайших количеств какого-то микроэлемента. Обмен минеральных солей и воды, в которой они растворены, неразделимы. Совокупность процессов всасывания, распределения, усвоения и выделения, находящихся в виде неорганических соединений веществ, составляет минеральный обмен. Минеральные вещества обмениваются очень интенсивно и постоянно обновляются.

В биологическом организме не минералы осуществляют обмен. Вещества переносятся белками-транспортерами, в разных местах разными (например, кальций соединяется с белками-переносчиками уже в эпителии слизистой оболочки кишки; железо в клетках кишечного эпителия образует комплекс с белком-носителем, а в кровотоке его переносит другой белок). Но не кальций, не железо переносят белок и с ним себя. В таком случае белки-транспортеры совсем не нужны. Человек перемещает железо, а не железо человека и вместе с ним и себя. Человек перемещает железо туда, где он будет производить различные процессы с этим веществом. Нечто похожее происходит в биологическом мире, хотя там по-своему используются химические вещества. Ферменты осуществляют превращения веществ в организме, направляя, регулируя тем самым обмен веществ.

Ферменты обладают высокой специфичностью. Например, каталаза способствует разложению исключительно перекиси водорода, и ничего больше, тогда как неорганические катализаторы: опилки железа или двуокись марганца, которые также разрушают перекись водорода, катализируют целый ряд других реакций. Какие же причины высокой специфичности ферментов? Фермент связывается с субстратом (исходное вещество, которое вступает в ферментативную реакцию). Для осуществления такого взаимодействия важную роль играет форма, или конформация, молекулы конкретного фермента. Поверхность у разных молекул ферментов не одинаковая, поскольку у разных белков боковые группы, отходящие в стороны от основной полипептидной цепи, - разные. Эти различные пространственные формы, принимаются молекулами в результате свободного вращения отдельных фрагментов вокруг простых связей, изгиба связей и др. Реакция между веществами происходит при условии тесного сближения их молекул. Возможность сближения фермента и вещества происходит благодаря геометрическому соответствию структур активного центра фермента и молекулы вещества. Поверхность каждого фермента соответствует форме молекулы только определенного субстрата, так же как к каждому замку подходит только определенный ключ. Этим объясняется специфичность ферментов: поверхность каждого из них приспособлена (создана) для соединения только с определенным субстратом. Т.е. фермент был сделан так, чтобы его форма могла соединяться только со своим веществом и производить с ним работу. При денатурации фермента его каталитическая активность исчезает, так как нарушается структура активности центра. Иная форма, иное взаимодействие, иное движение.

Структура белка определяется последовательностью аминокислот. Они определяют первичную его структуру, это его формула (формула жизни). Белки различаются и составом аминокислот, и числом аминокислотных звеньев, и особенно порядком чередования их в полипептидной цепи. Соединение аминокислот происходит через общие для них группировки: аминогруппа одной аминокислоты соединяется с карбоксильной группой другой аминокислоты. Между соединениями аминокислот возникает пептидная связь (а может, через пептидную связь происходит соединение аминокислот, т.е она определяет какое будет соединение аминокислот). Для установления структуры белка, прежде всего, нужно знать, какие из 20 аминокислот входят в его состав. Например, казеин молока, миозин мышц, альбумин яйца, содержит набор всех 20 аминокислот, в белке-ферменте рибонуклеазе их - 9, в инсулине – 18, а в сальмине (белок из молок рыб) – всего 7. в состав большинства белков входит 300- 500 аминокислотных остатков, но есть и более крупные белки, составляющие из 1500 и более аминокислот. Для белка, построенного из 20 различных аминокислот, содержащего в цепи 100 аминокислотных остатков, число возможных вариантов может выразиться очень огромной астрономической цифрой (это означает, что не может быть стихийного произвольного соединения аминокислот в определенные белки). Многие молекулы белков велики и по длине, и по молекулярной массе. Так молекулярная масса инсулина – 5 700, белка-фермента рибонуклеазы 12 700, яичного альбумина – 36 000, гемоглобина – 65 000.

Огромное разнообразие в строении белков обеспечивает им выполнение множества функций (под определенные функции, под определенное системное движение создаются и определенные белки; это очень целенаправленный процесс). Белок, составленный из многих аминокислотных остатков, должен представлять собой длинную нить. Но белки имеют форму компактных шаров (глобул) или вытянутых структур – фибрилл. Ученые говорят, что полипептидная нить каким-то образом сплетена, закручена в спираль и образует клубок или пучок нитей. Исследования показали, что в укладке пептидной нити нет ничего случайного или хаотичного. Она сворачивается упорядоченно, для каждого белка определенным образом и постоянно. Это замысловатая, причудливая укладка – архитектоника. И эту укладку кто-то делает.

Укладка имеет несколько уровней организации. Первичная – самая простая структура. В ней все связи межу аминокислотами являются ковалентными – прочными. Следующий, более высокий уровень организации – это вторичная структура, когда белковая нить закручена, в виде спирали. Аминокислотные радикалы остаются снаружи спирали. Витки спирали располагаются тесано. Между NH-группами, находящимися на соседнем витке, образуются водородные связи. Водородные связи значительно слабее ковалентных, но, повторенные многократно, они дают прочное сцепление. Полипептидная спираль, «прошитая» многочисленными водородными связями, представляет достаточно прочную структуру. Опять же, все это было сделано очень продумано и целенаправленно. Все это не появилось само по себе. Полипептидная спираль подвергается дальнейшей укладке. Её сворачивают причудливо, но для каждого белка вполне определенно и постоянно. Нить аминокислот свертывают, образуя клубок, или фибриллу, для каждого белка специфичную. Возникает сложная упорядоченная конфигурация – третичная структура. Третичную структуру поддерживают связи, возникающие вследствие гидрофобных взаимодействий, между радикалами гидрофобных аминокислот. Эти связи слабее водородных. В водной среде в клетке гидрофобные радикалы отталкиваются от воды и слипаются друг с другом и стабилизируют, таким образом, структуру белка. Водная среда как бы принуждает белковую молекулу принять определенную упорядоченную структуру, и она становится биологически активной. Кроме гидрофобных сил, в поддержании третичной структуры белка существенную роль играют электростатические связи между электроотрицательными и электроположительными радикалами аминокислотных остатков. Третичная структура поддерживается также небольшим числом ковалентных дисульфидных – S – S-связей, возникающих между атомами серосодержащих аминокислот. Третичная структура белка не является конечной. К макромолекуле белка нередко оказываются присоединенными макромолекулы такого же белка или молекулы иных белков. Например, сложная молекула гемоглобина – белка, находящегося в эритроцитах, состоит из четырех макромолекул глобинов: двух альфа-цепей и двух бета-цепей, каждая из которых соединена с железосодержащим гемом. В результате их объединения образуется функционирующая молекула гемоглобина. Только в такой упаковке (она не могла возникнуть случайно) гемоглобин работает полноценно, т.е. способен переносить кислород. Благодаря соединению нескольких молекул белков между собой создается четверичная структура белка. В клетке также обнаружены много других сложных форм организации белка. И это кто-то целенаправленно делает.

Ферменты в клетке (в биологическом организме) их функции играют громадное значение. Скорость химических реакций зависит от свойств реагирующих веществ, от их концентрации и температуры, при которой идет реакция. Химическая активность веществ в клетке, как правило, невелика. Концентрация их в клетке большей частью незначительны. Температура клеточной среды невысокая. Между тем реакции в клетке идут с большими скоростями. Это достигается благодаря наличию в клетке катализаторов – ферментов. Они ускоряют реакции в десятки, сотни миллионов раз. Число различных реакций, протекающих в клетке, достигает нескольких тысяч. В клетке обнаружено несколько тысяч разных ферментов. В клетке осуществляется (постоянно повторяется) определенное системное движение. Как говорят ученые, движение – одно из проявлений жизненной активности. Все виды движения, к которым способны клетки у многоклеточных животных, сокращение мышц, мерцание у простейших, движения жгутиков, движение листьев у растений, выполняют специальные сократительные белки. Но все эти виды движений исходит из главного движения, которые образуются при химических взаимодействиях. Движение системного обмена веществ (определенная совокупность протекающих процессов, химических реакций), составляет суть самого организма, воспроизводства его биомассы. Организм постоянно взаимодействует с внешней средой, жизнь можно взять только там и перевести её в свою систему, и эти жизни будут взаимодействовать друг с другом. В поверхностную мембрану клетки встроены особые молекулы белков, способных изменять свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды. Так происходит прием сигналов из внешней среды и передача команд в клетку.

Химия делает конкретные биологические организмы (биологическую жизнь)? Или может конкретные биологические участники с помощью химических элементов (их взаимодействий) создают биологические организмы? Но откуда сами биологические участники появились? Это создание предыдущих созданий. Это следующий уровень организации. Сама по себе организация не появляется, ее организуют конкретные участники. Жизнь организуют через другую жизнь. Биологическая жизнь не появляется от химической, но без химии биологическая жизнь невозможна. Но и нет божественной жизни, жизни как субъекта. В воде существует своя неорганическая жизнь. Фермент с помощью жизни воды осуществляет реакцию гидролиза. Вода – основная среда для протекания биохимических реакций клетки. Но без ферментов они не будут так протекать быстро. Ферменты определяют режим жизнедвижения, только в таком сверхскоростном режиме может существовать клетка. Вода имеет высокую теплоемкость и одновременно относительно высокую для жидкостей теплопроводность. Эти свойства делают воду идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия клетки и организма. И это качество используют участники биологического мира. Вода – основное средство передвижения веществ в организме (ток крови к лимфам, восходящие и нисходящие токи растворов по сосудам у растений) и в клетке. Но в клетке имеются белки-переносчики. Они присоединяют различные вещества и переносят их из одного места клетки в другое. Белок крови гемоглобин присоединяет кислород и разносит его ко всем тканям и органам тела. В наружных клеточных мембранах имеются белки-переносчики, которые обеспечивают активный и строго избирательный перенос внутрь и наружу клетки сахаров, различных веществ и ионов. Вода переносит вещества и в небиологической среде (земного организма), но вещества в биологическом организме, переносятся те, которые необходимы организму, для осуществлений взаимодействий, реакций. Вода создает особую среду обитания (взаимодействий). Жизнь воды (ее состояния) делает другой мир. Электрический заряд внутри молекулы распределен неравномерно. Частица воды – это диполь. Дипольным свойствам молекулы воды объясняется способность её ориентироваться в электрическом поле, присоединяться к различным молекулам и участкам молекул, несущим заряд. В результате образуются гидраты. Способностью воды образовывать гидраты обусловлены её универсальные растворяющие свойства. Если энергия притяжения молекул воды к молекулам какого-либо вещества больше, чем энергия притяжения между молекулами воды, то вещество растворяется. Жиры, жироподобные вещества трудно или вовсе не растворяются. В состав клеточных мембран входят жироподобные вещества, ограничивающие переход из наружной среды в клетки и обратно. Т.е. биологические субъекты создают свою пространственность, где производят свои процессы, осуществляют целенаправленные взаимодействия. Состояние воды (её устройства), большого количества её дает возможность, чтобы создать биологическую жизнь.

Высокое содержание воды в клетке – важнейшее условие ее деятельности. При потере большой части воды многие организмы гибнут, а ряд одноклеточных и даже многоклеточных организмов временно утрачивают все признаки жизни. Наступает состояние анабиоза. После увлажнения клетки пробуждаются и становятся вновь активными. Прокариоты образуют споры, покоящиеся клетки, когда отсутствуют определенные питательные вещества. Споры приобретают способность прорастать, но для прорастания необходим химический «пусковой» механизм. Прорастание - это процесс, сопровождающийся сложными физиологическими и биохимическими изменениями. Начинается он с интенсивного поглощения спорой воды и набухания. На первом этапе прорастания происходит активизация ферментов (и в первую очередь литических), резко возрастает дыхание, т.е. мобилизуется энергия, происходит изменения в химическом составе (из спор удаляется дипиколиновая кислота), идет активный синтез белка и РНК, но репликация ДНК начинается не сразу, а через 1-3 ч. после начала прорастания споры. Прежде всего, происходит процессы репарации повреждений ДНК, произошедших в период покоя споры.

Чтобы была жизнь, необходимо постоянное движение. Биологическая жизнь может протекать только в водном пространстве, где будут запускаться взаимодействия химических элементов, молекул, сложных молекул. Движение удерживает систему (но не хаотическое, а движение упорядоченное, определенное). Замирание жизни может произойти до такой степени, чтобы потом могло возобновиться прежнее движение.

Оживление (прорастание) спор происходит не сразу. Вначале должны появиться определенные термоусловия, т.е. споры должны побыть определенное время в своем температурном режиме действий. Потом химический «пусковой» механизм заводит, поднимает на тот уровень режимного действия, когда клетка сможет функционировать. Но активизация процессов может происходить только в воде. В этот период начинается активность специальных ферментов (определенная температура, вода, первичные химические взаимодействия активизируют ферментов). Ферменты мобилизуют энергию, восстанавливают химический состав. Происходит активный синтез белка и РНК. Но все происходит без ДНК. Чтобы реплицировать ее, нужно вначале произвести процесс репарации повреждений ДНК, т.е. произвести восстановление природной структуры ДНК, которая была нарушена под воздействием физических, химических агентов в период покоя споры. Репарация осуществляется специальными ферментными системами клетки (ряд тяжелых наследственных болезней связан с нарушениями систем репарации). В этот начальный период оживления биологических процессов важнейшую роль играют ферменты и РНК. А потом уже задействуется информация, заложенная на ДНК.

Ученые пишут, что живая клетка постоянно поглощает вещества из окружающей среды и в окружающую среду выделяет их. У клеток разных организмов характер пищевых и выделяемых веществ различается, но общий закон действителен для всех: пока клетка жива, происходит непрерывное движение веществ – из внешней среды в клетку и из клетки во внешнюю среду (но клетка живет оттого, что происходит непрерывное определенное движение веществ, определенное кругом взаимодействий, определенным химическим процессом; но кто его устанавливает, кто постоянно поддерживает определенное системное движение, кто делает жизнь клетки – это еще вопрос; прим. авт.). Обмен веществ выполняет две функции. Первая функция – обеспечение клетки строительным материалом. Из веществ, поступающих в клетку, - аминокислот, глюкозы, органических кислот, нуклеотидов – в клетке непрерывно происходит синтез белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот. Из них формируется тело клетки, её мембраны, органоиды. Обнаружено, что продолжительность жизни молекул белков клетки колеблется от 2-3 ч до несколько дней. После этого срока они разрушаются и заменяются вновь синтезированными. Таким образом клетка сохраняет свои функции и химический состав (и в нем происходящих последовательных согласованных реакций, а это все делают белки; прим авт.). Совокупность реакций, обеспечивающих построение клетки и обновление её состава ученые называют пластическим обменом (называют это еще – конструктивный метаболизм (биосинтезы) – поток реакций, в результате которых за счет поступивших извне веществ строится вещество клеток; это процесс, связанный с потреблением свободной энергии, запасенной в химической форме в молекуле АТФ или других богатых энергией соединений).

Вторая функция обмена веществ – обеспечение клетки энергией. Любое проявление жизнедеятельности (движение, синтез веществ, генерация тепла и др.) нуждается в затрате энергии. Для энергообеспечения клетки используется энергия химических реакций, которая освобождается в результате расщепления поступающих веществ. Энергетический метаболизм – это поток реакций, сопровождающий мобилизацией энергии и преобразованием её электрохимическую или химическую (АТФ), которая потом может использоваться во всех энергозависимых процессах.

Пластический и энергетический обмены неразрывно связаны между собой. С одной стороны, все реакции пластического обмена нуждаются в затрате энергии. С другой стороны, для осуществления реакции энергетического обмена необходим постоянный синтез ферментов, так как продолжительность жизни молекул ферментов невелика. Метаболические пути конструктивной и энергетической направленности состоят из множества последовательных ферментативных реакций. Они разделяются на много этапов. Ученые выделяют три главных этапа. На начальном - воздействию подвергаются молекулы, служащие исходными субстратами. Последующие превращения включают ряд ферментативных реакций и приводят к образованию промежуточных продуктов. Образующиеся на последних этапах конечные продукты конструктивных путей используются для построения вещества клеток, а энергетических – выделяются в окружающую среду. Конструктивные и энергетические процессы протекают в клетке одновременно. У большинства организмов они тесно связаны между собой. Однако у некоторых прокариот можно выделить последовательность реакций, служащих только для получения энергии или только для биосинтеза. Связь между конструктивными и энергетическими процессами прокариот осуществляется по несколько каналам. Основной из них – энергетический. Определенные реакции поставляют энергию, необходимую для биосинтеза и других клеточных энергозависимых функций.