Организм живой, как открытая

Феноменологическое рассмотрение живых систем, естественно, пользуется понятиями теории информации. Существование и развитие клетки и организма, являющихся открытыми и саморегулируемыми системами, требует генерации и передачи информации по каналам прямой и обратной связи. [c.29]

Хотя со времени появления первого издания прошло только семь лет, понадобилась значительная переработка с тем, чтобы включить в книгу все наиболее существенные новые данные. За это время возник ряд совершенно новых и очень важных областей исследования, которые развивались очень быстро, а некоторые даже бурно. Это касается, в частности, генетических исследований бактерий и бактериофагов. Хотя вопрос о том, можно ли считать бактериофаги и другие вирусы живыми организмами, остается открытым, они, во всяком случае, обладают генетической структурой, которую удалось изучить очень детально. Эти неожиданные достижения вместе со сходными результатами, полученными на бактериях и других микроорганизмах, значительно уточнили наши сведения о единицах наследственности. Изучение природы генов и их способности к самовоспроизведению было также в большой степени стимулировано моделью строения нуклеиновых кислот, предложенной Уотсоном и Криком. Поэтому бактериям, бактериофагам и природе гена в настоящей книге посвящены специальные главы. Может показаться, что значение этих областей исследования несколько преувеличивают, однако многие данные, которые в настоящее время кажутся новыми и гипотетичными, возможно, скоро войдут в основы генетики. [c.14]

ДНК содержатся в ядрах клеток живых организмов. Было показано, что молекулы ДНК являются действительно основой ядер, так как в их структуре (в основном в порядке чередования оснований) содержится ключ к наследственным характеристикам каждого организма. Это открытие показывает, что каждая клетка должна иметь в своем составе много различных молекул ДНК и, более того, каждый высший организм должен обладать уникальной комбинацией молекул ДНК. Это предположение еще нуждается в окончательном экспериментальном доказательстве, так как до сих пор исследованные образцы ДНК, будучи разного происхождения, представляли собой смеси различных молекул со средним молекулярным весом обычно от 4 ООО ООО до 7 ООО ООО. [c.20]

Взрослый человек за 40 лет жизни съедает тонны питательных веществ и выпивает около 20 ООО л воды без изменения массы тела. Это свидетельствует о том, что организм, являясь открытой системой, т. е. связанной с окружающей средой, способен создавать и поддерживать постоянство химического состава внутренней среды — гомеостаз. Такое свойство живого организма обеспечивает его самообновление и самосохранение, что возможно благодаря постоянно протекающему обмену веществ. [c.26]

Во-первых, биохимики выяснили состав и строение основных химических компонентов организмов. Например, открытие нуклеиновых кислот произвело настоящий переворот в представлениях о сущности жизни, о наследственной организации растений, животных и человека. В результате проведенных в течение последних 100 лет исследований были выяснены особенности строения молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая играет роль главного носителя наследственной информации в живых организмах. [c.18]

Идея фермент-субстратного комплекса приобрела чисто кинетический смысл благодаря работе Брауна [22]. Как и ряд других исследователей, Браун установил, что скорости ферментативных реакций не соответствуют скоростям реакций второго порядка. Прежде всего он показал, что скорость гидролиза сахарозы при брожении, осуществляемом живыми дрожжами, не зависит от концентрации сахарозы. Противоречию между результатами Брауна, полученными с живыми дрожжами, и результатами О Сул-. дивана и Томпсона для выделенного препарата инвертазы не придавали особого значения, поскольку считалось, что катализ изолированными ферментами принципиально отличается от брожения, осуществляемого живыми организмами. Однако открытие Бухнера [24], показавшего, что бесклеточный (т.е. неживой) экстракт дрожжей может катализировать спиртовое брожение, заставило Брауна [23 ] проверить свои более ранние результаты. Убедившись прежде всего в том, что они корректны, Браун показал, что аналогичные данные можно получить и дЯя очищенной инвертазы. На основании этого он сделал предположение, что если имеет место механизм с образованием, фермент-субстратного комплекса, то скорость реакции не может превышать некоторого предельного значения. При условии, что до своего каталитического распада комплекс существует в течение какого-то промежутка времени, скорость должна достигать максимального значения при такой концентрации субстрата, которой в соответствии с законом действующих масс достаточно, чтобы перевести весь фермент в комплекс. При меньших концентрациях субстрата существенное значение приобретает скорость образования комплекса, и поэтому скорость гидролиза будет зависеть от концентрации субстрата. [c.32]

Человечество познакомилось с этиловым спиртом тысячи лет назад, еще до появления цивилизации. Как это произошло, нам сейчас совершенно ясно Если фрукты или фруктовые соки оставить постоять на открытом воздухе, в них попадают микроскопические Живые организмы, всегда присутствующие в атмосфере. Некоторые из них могут жить в соке, питаясь содержащимся в нем сахаром. В их клетках сахар превращается в этиловый спирт, а энергия, освобождающаяся при этом химическом превращении, используется для их роста и размножения. [c.89]

Важнейшим примером открытых систем являются живые организмы, у которых непрерывный материальный обмен с внешней средой (обмен веществ) является необходимым условием их существования. [c.378]

Отношение стационарных концентраций А и В, следовательно, не равно константе равновесия реакции К — к к. Таким образом, в открытой системе, несмотря на протекание в ней химического процесса, могут сколь угодно долго поддерживаться термодинамически неравновесные концентрации веществ. Это положение, показанное на простейшем примере обратимой реакции первого порядка, сохраняется и в случае сложных химических процессов. Оно имеет исключительно важное значение для понимания процессов в живых организмах, которые представляют собой термодинамически неравновесные системы, сохраняющиеся в стационарном состоянии только благодаря наличию обмена веществ с окружающей средой. [c.387]

Если система еще не достигла равновесия, она находится в неравновесном состоянии, характеризующемся наличием в системе фади-ентов некоторых параметров и поэтому потоков вещества и/или энергии. Рассмотрением состояния таких систем занимается термодинамика необратимых (неравновесных) процессов. При этом ее основной задачей обычно является отыскание одиночных или множественных локальных стационарных состояний, а также анализ их устойчивости. В гл. 17 и 18 показано, что в связи с возможной неустойчивостью стационарных состояний иногда конечным результатом эволюции открытой системы, находящейся вдали от термодинамического равновесия, может быть образование особого рода диссипативных структур. В качестве наиболее высокоорганизованных объектов последнего рода можно рассматривать живые организмы. [c.290]

Действительно, развитие живых организмов сопровождается упорядочением вещества, составляющего организм. С точки зрения классической термодинамики это выглядит как самопроизвольное уменьшение энтропии живых систем и, конечно, явно противоречит второму закону термодинамики. Однако данное противоречие лишь кажущееся, поскольку увеличение энтропии определяет направление самопроизвольных процессов лишь для изолированных систем, а не открытых, какими являются живые организмы. В реальных условиях уменьшение обшей энтропии организмов при их развитии осуществляется при условии [c.297]

При формулировке первого закона термодинамики предполагается, что энергия может преобразовываться только в теплоту или работу. Однако принципиально энергия системы можег меняться также при изменении количества вещества при удалении вещества из системы оно уносит часть внутренней энергии этой системы, а при поступлении вещества в систему последняя получает дополнительное количество энергии. Системы, в которых возможно изменение количества вещества за счет его притока или выноса из системы, называют открытыми. Если такой процесс невозможен, систему называют замкнутой. Следует отличать еще изолированную систему, в которой невозможен обмен с внещней средой не только веществом, яо и энергией. В изолированных системах энергия всегда остается постоянной. Термодинамическое исследование открытых систем приобрело важное значение при переходе к живым организмам, которые находятся в обмене веществом с внешней средой. Эти системы также широко используются при моделировании непрерывных процессов в химической промышленности, где в химический реактор (систему реакторов) непрерывно поступают исходные вещества, а на выходе— конечные продукты. Теория открытых процессов (систем) достаточно хорошо разработана, поскольку исторически она возникла одновременно с термодинамикой необратимых процессов, однако при дальнейшем изложении теория открытых процессов не будет рассматриваться более глубоко. [c.220]

Все рассмотренные выше термодинамические соотношения, раскрывающие смысл второго закона термодинамики, относятся к замкнутым системам. В открытых системах энтропия может изменяться в результате обмена вещества с внешней средой. Тогда в уравнении (235) появится дополнительный член, учитывающий изменение количества вещества (числа молей) в системе. Более подробно этот вопрос не будет здесь обсуждаться следует лишь упомянуть о том, что изучение открытых систем открывает возможность для применения второго закона термодинамики к живым организмам. Ранее вызывала сомнение сама возможность применения второго закона термодинамики к живым организмам, поскольку такие системы характеризуются сложными процессами (из почти бесструктурной клетки развивается сложно организованная система), связанными с понижением энтропии. В то же время в организме постоянно происходят необратимые процессы, вызывающие увеличение энтропии. Частично энтропия может передаваться во внешнюю среду в процессе теплообмена, в большей степени она переходит во внешнюю среду при обмене веществ. [c.241]

Но, с другой стороны, живые организмы являются системами открытыми, поэтому, используя энергию обмена, могут сами заряжаться до более высокого потенциала и с этой точки зрения имеет место противоречие второму началу термодинамики. Так, зеленые растения для повышения энергетического потенциала используют солнечную энергию, а животные — энергию, поступающую с пищей. Таким образом, хотя энтропия самого организма может изменяться в любом направлении, т. е. она может уменьшаться за счет непрерывного поглощения свободной энергии из окружащей среды, энтропия системы организм — среда, взято в целом, несомненно увеличивается. Это дает основание для общего вывода длж живых организмов, как и для тел неживой природы, полностью выполняются законы термодинамики. [c.75]

Если исключен обмен теплотой между системой и окружающей средой, то система называется адиабатически изолированной. Система называется закрытой (замкнутой), если между ней и окружающей средой возможны все виды взаимодействия, кроме обмена веществом. Примером закрытой системы является закрытый сосуд с веществом, баллон с газом и т. п. Открытой называется система, которая может обмениваться с окружающей средой и веществом и энергией. Примером открытой системы является живой организм. [c.19]

Взаимодействие системы с окружающей средой может складываться из обмена механической, тепловой или другими видами энергии, а также веществом. Если ни один из этих видов взаимодействия не осуществляется, система называется изолированной. Система называется закрытой (замкнутой), если между ней и окружающей средой возможны все виды взаимодействия, кроме обмена веществом. Примером закрытой системы является закрытый сосуд с веществом, баллон с газом и т. п. Открытой называется система, которая может обмениваться с окружающей средой и веществом и энергией. Примером открытой системы является живой организм. [c.19]

Наряду с закрытыми системами существуют открытые системы, в которых осуществляется обмен веществом с окружающей средой. Такие системы используют в некоторых случаях при проведении химических реакций. К ним относятся живые организмы, начиная с простейших одноклеточных. Общеизвестно, что неотъемлемой чертой живой материи является обмен веществ, т. е. поступление в организм продуктов питания, а в огромном числе случаев также и кислорода, и вывод из организма вредных продуктов метаболизма В открытых системах изменение количества молей каждого компонента складывается из двух частей — изменения в результате химического процесса и изменения при переносе вещества через границу системы. [c.167]

Такое объяснение опыта Велера удерживалось в науке еще около 30 лет, но в течение этого периода оно постепенно подтачивалось открытием все новых и новых возможностей перехода от минеральных веществ к органическим . Окончательный удар витализму был нанесен искусственным получением жиров (Бертло, 1854 г.) и углеводов (А. М. Бутлеров, 1861 г.), т. е. веществ, которые уже ни с какой натяжкой нельзя было отнести к разряду мертвых отбросов живых организмов. Можно ручаться эа возможность синтетического получения каждого органического вещества ,— писал А. М. Бутлеров в 1864 г. [c.543]

Обмен веществ в открытых системах обеспечивает непрерывное поступление и удаление различных метаболитов. В результате этого в живом организме многие реакции не достигают стадии динамиче- [c.93]

Полипептиды имеют очень большое значение для биологических процессов живых организмов. Учеными, например, доказано, что пептидные системы играют важнейшую роль в работе мозга. В мозгу уже открыты так называемые пептиды сна, памяти, страха и т. д. Эти исследования дадут новые мощные средства направленного, разумного воздействия на мозг, В гом числе для лечения многих психических заболеваний. [c.11]

Следует заметить серьезные осложнения, которые возникают при применении термодинамики к биохимическим процессам. Это связано с тем, что, как правило, термодинамика имеет дело с закрытыми системами, находящимися в равновесии, а живые организмы относятся к открытым системам, в которых равновесие обычно отсутствует. Они находятся в так называемом стационарном состоянии, когда концентрация частиц поддерживается постоянной за счет непрерывного притока и оттока веществ из системы любая клетка в равновесном состоянии — это уже мертвая клетка. Для рассмотрения открытых систем требуются методы термодинамики необратимых процессов, обсуждение которых выходит за рамки данного учебника. Однако следует особо подчеркнуть, что в пределах термодинамики обратимых процессов возможно решение многих важных частных теоретических и прикладных задач биохимии. [c.51]

В эпоху после открытий Лавуазье долгое время в науке господствовало воззрение о медленном окислении пищевых веществ в живых организмах как о процессе, сходном с горением топлива оставалось, однако, неясным. Почему обычное пламя требует высокой температуры для своего возникновения и тухнет в присутствии воды, а в живой клетке окисление происходит в водной среде и при невысокой температуре при этом окисление это идет [c.332]

Определим живой организм как открытую, саморегулируемую, амовоспропзводящуюся и развивающуюся гетерогенную систему, важнейшими функциональными веществами которой являются биополимеры — белки и нуклеиновые кислоты. Организм — система историческая, в том смысле, что он является результатом филогенетического, эволюционного развития и сам проходит путь онтогенетического развития — от зиготы до старости и смерти. [c.13]

Особое место среди хемоавтотрофных организмов занимают открытые Виноградским нитрифицирующие бактерии. Деятельностью этих бактерий обусловлен процесс нитрификации, имеющий непревзойденное значение для жизни почвы и ее плодородия и тем самым для роста и развития растений. Вместе с тем открытие этих бактерий знаменовало собой обнаружение новой формы живых существ, которые не только способны жить авто-трофно, но неспособны существовать в средах, содержащих органические вещества. Развиваясь на чисто минеральных средах, нитрифицирующие организмы и осуществляют процесс нитрификации. [c.103]

Такой вывод ошибочен. Дело в том, что живой организм—неравновесная, открытая система и в соответствии со вторым началом термодинамики его упорядоченность подлерживастся оттоком энтропии в окружающую среду. Если изолировать организм вместе с вешествами, необходимыми д 1я его существования, то в этой изолированной сист ме этропия будет возрастать. [c.332]

Кроме частных пределов развития, теория предсказывает существование общего предела химической добиологической эволюции каталитических систем, при достижении которого исчерпываются все физикохимические возможности дальнейшей эволюции неживых каталитических систем. Эволюционное преодоление общего предела химической эволюции оказывается возможным только в результате формирования свойства точной пространственной редупликации сложных открытых каталитических систем. При появлении этого свойства каталитическая система превращается в живую систему, а химическая эволюция сменяется биологической. Все свойства каталитических систем, приобретенные в процессе добиалогической эволюции переходят как первичные свойства к живым Открытым системам, а все эволюционные закономерности химической эволюции ложатся в основу аналогичных эволюционных закономерностей живых систем. Это является причиной удивительного сходства основных функций саморазвивающихся каталитических систем, относящихся к мертвой природе, с рядом функций простейших живых организмов, а также причиной существования общих эволюционных закономерностей, что можно отметить, сравнивая данные по эволюции каталитических систем с фактами биологии. Это обстоятельство позволяет обосновать биологические закономерности первичными закономерностями саморазвития неживых каталитических систем и открывает перспективы использования йолюционного катализа для развития теоретической биологии. При этом становится возможным полное теоретическое описание сущности, происхождения и раэвйти жизни на уровне точных наук. [c.6]

Живой организм — саморегулирующаяся и самовоспроизводя-щаяся биологическая система. Существование этой системы обеспечивается недрерывным обменом веществ со средой, из которой на получает энергию и нужные химические вещества. Поэтому с точки зрения термодинамики живые организмы являются открытыми работающими системами. В основе существования и развития живых существ лежит постоянное самообновление белков и нуклеиновых кислот, программируемое действием генов. Вместе с тем само существование и деятельность генов возможны только п])и наличии соответствующих белков. Вся совокупность регулирующих механизмов организма направлена на поддержание постоянства внутренней среды (гомеостаза) в ответ на его нарушение под влиянием внешних и внутренних воздействий. Информация [c.308]

Применение этого определения позможно для гетерофазных процес-соп, идущих в замкнутых системах, в которых во время реакции не имеет место подача извне системы исходных веществ или выведение за пределы системы продуктов реакции. С незамкнутыми, так называемыми открытыми системами, приходится иметь дело, например, при рассмотрении химических процессов в живых организмах. Открытые системы вкратце будут рассмотрены в гл. X. [c.41]

В биологической структуре современного человека наука выделяет в настоящее время более 100 различных физиологических, психофизиологических и психологических систем, ответственныд за все виды целесообразной деятельности [1, 34]. Состояние и функционирование этих систем, как и всего организма в целом, непостоянно и изменяется под влиянием деятельности человека, обмена веществ между видами живого и средой, гелиофизических явлений и т. д. В этом одна из причин многочисленных спадов и подъемов физических и интеллектуальных возможностей человека, эмоций, работы ума, внимания, восприятия, опознания, запоминания, переработки информации. В каждом из этих случаев человек с разной эффективностью выполняет свою производственную функцию, без видимых причин снижает продуктивную деятельность, спортивные достижения, чаще допускает сбои и ошибки, оказывается более открытым для несчастных случаев и аварий. [c.50]

Важнейшим примером открытых систем являются живые организмы, для которых непрерыв1п,п [ материальный обмен с внешней средой является необходимым условием их сун ествования. [c.34]

Живые организмы с позиций термодииамикн представ, яют открытые системы, обменивающиеся с окружающей средой веществом и энергией. Организм, как термодинамическая система, имеет свою специфику возрастание энтропии при самопроизвольных процессах и соответствии со вторым началом термодинамики не вызывает, казалось бы, неизбежной тепловой смерти организма. [c.19]

Процессы, протекающие в биологических объектах, принадлежат к так называемым открытым системам, в которых происходит постоянный обмен веществ и энергии с внешней средой. Обмен веществ в открытых системах обеспечивает непрерывное поступление и удаление различных метаболитов. В результате этого в живом организме многие реакции не достигают стадии динамического равновесия, как это происходит в замкнутых системах, например in vitro , а протекают непрерывно, находясь в состоянии стабильного превалирования прямых реакций. [c.115]

Большинство химических реакций, протекаюи их в приборах, заводских реакторах, живых организмах и в природе, — это реакции окисления-восстановления. Такие реакции широко используются в аналитической химии для открытия, разделения и количественного определения веш,еств. Сущность окислительно-восстановительных реакций заключается в переходе некоторого числа электронов от восстановителя к окислителю. Процессы растворения металлов в воде, растворах кислот, оснований и солей также являются окислительно-восстановительными. [c.90]

Для открытой системы характерно изменение состава реагирующей смеси не только за счет химической реакции, но и дополнительного введения исходных веществ и продуктов реакции из соседных объемов. Важнейшим примером открытых систем являются живые организмы, у которых непрерывный материальный обмен с внешней средой (обмен веществ) является необходимым условием их существования. [c.138]