Химическая работа клетки

Все структуры митохондрии содержат белки. Белки синтезируются на матрицах РНК. Так как теперь у нас имеется в распоряжении АТФ, изготовленная в митохондриях, то целесообразно рассмотреть те части клетки, в которых возникают матрицы ДНК и РНК и химические узлы, в которых на матрицах синте-ризуется белок. Программа химической работы клетки и планы развития организма записаны — закодированы — в ДНК, а ДНК сосредоточена в ядре. [c.166]

Какой класс химических компонентов клетки ответствен за эти характеристики Кратко опишите, как они работают. [c.463]

Синтез АТФ за счет Арн+ можно рассматривать как пример химической работы. С использованием энергии АДн+ могут осуществляться и другие виды химической работы в клетке синтез пирофосфата, катализируемый связанным с мембраной ферментным комплексом обратный перенос электронов, приводящий к восстановлению НАД(Ф) . [c.102]

Клетка состоит из протоплазмы, в которой находится ядро, и плазматической мембраны. Непременным условием нормальной работы клетки является проницаемость стенки клетки (которая образована плазматической мембраной) для химических соединений, участвующих в биосинтезе. Материалом плазматической мембраны служат липиды и белки. О белках мы еще будем говорить в гл. 27. Что касается липидов, то отметим прежде всего разнообразие классов соединений, которые относят к этой группе природных веществ жиры, масла, стероиды, терпены. Общим для них являются гидрофобность и растворимость в неполярных растворителях. Поэтому через мембрану клетки легко проникают органические соединения, преимущественно имеющие гидрофобный характер. Сложнее обстоит дело с неорганическими катионами. [c.114]

Как известно, рассуждал Гамов, основными рабочими молекулами в клетке являются белки. Всеми химическими превращениями в клетке ведают белки-ферменты. Почти весь строительный материал клетки также белковой природы. Даже хромосомы лишь наполовину состоят из ДНК, а наполовину из белка. Значит, работа клетки определяется набором белков в ней. [c.23]

Теперь, когда мы познакомились с принципами, лежащими в основе организации клеточного обмена и биоэнергетики, мы можем уяснить себе, каким образом химическая энергия, заключенная в структуре молекулы глюкозы, высвобождается в полезной форме, пригодной для выполнения разнообразной биологической работы клетки. Напомним, что глюкоза служит основным топливом у большинства организмов, что она богата энергией и что ее запасы, хранящиеся в виде гликогена, легко могут быть мобилизованы, как только у организма возникнет внезапная потребность в энергии. [c.439]

Разумеется, не всех, а лишь некоторых нынешних представлений о том, как живет и работает клетка. Эта модель уже будет представлять собой не просто учебник, оживленный компьютерными средствами. Нет, я говорю о модели, адекватной действительности, точно воспроизводящей состояние живой клетки, реагирующей на изменения окружающей среды. И, что важнее всего, эта модель будет обладать предсказательной силой, т. е. с ее помощью мы приблизимся к управлению клеткой. Так что это будет не только великий теоретический, но и громадный практический прорыв, ибо мы сможем совершенно иначе подходить, допустим, к созданию лекарств. Просто введем в модель те или иные дополнительные параметры (химические вещества или иные воздействия) и посмотрим, как они действуют на клеточный метаболизм, на самочувствие клетки. И это уже не фантазии, такая работа действительно начата создаются международные программы, формулируются масштабные проекты. Один из них предусматривает разработку модели клетки знаменитой кишечной палочки, которая наряду с мушкой дрозофилой стала модельным объектом, мишенью для отработки множества методик, да и просто символом биологии в XX веке. [c.24]

В отличие от неживых объектов, в живых организмах благодаря особым системам регуляции поддерживаются практически постоянные значения температуры и давления, вследствие чего они не способны использовать тепловую энергию для совершения работы. Клетка является изотермической химической машиной, эффективность которой значительно выше, чем эффективность большинства преобразователей энергии, созданных человеком. Высокая эффективность преобразования энергии живыми организмами поддерживает их структурную организацию и обеспечивает жизненные функции. [c.30]

ГИИ надо назвать дыхание, при котором вследствие окисления питательных веществ освобождающаяся энергия запасается уже упоминавшимся соединением — АТФ. В итоге эта форма энергии используется для выполнения биологической работы. Вероятно, еще со школьных времен вы помните, что работу определяют как произведение силы и расстояния. Если происходит сокращение белковых фибрилл, то это — механическая работа, тогда как в основе изменений положения листьев мимоз и других растений лежит осмотическая (связанная с транспортом веществ) работа. Если происходят процессы биосинтеза, то говорят о химической работе. Она играет определенную роль не только при движениях, обусловленных ростом, но и при действии механизмов набухания и молекулярного сцепления, которые могут совершаться лишь в тех случаях, когда имеются растительные структуры сложного строения. Все эти разнообразные виды работы совершаются в растительных клетках, располагающих такой системой превращения энергии, эффективности которой до сих пор не удалось достигнуть (превысить) ни одной из машин. [c.174]

Этот пример иллюстрирует основной способ преобразования энергии в клетке химическая работа совершается путем подключения к реакции с неблагоприятным изменением свободной энергии реакций с большим отрицательным изменением свободной энергии (рис. 2). Чтобы осуществлять такое сопряжение процессов, клетке пришлось создать в ходе эволюции специальные молекулярные энергопреобразующие устройства, которые представляют собой ферментные комплексы, как правило, связанные с мембранами. [c.19]

Энергия в форме электрохимического градиента ионов водорода может использоваться в различных энергозависимых процессах, локализованных на мембране. Синтез АТФ за счет А[Хд+ можно рассматривать как пример химической работы. За счет энергии А[ЛнЧ- могут осуществляться и другие виды химической работы в клетке синтез неорганического пирофосфата, катализируемый связанным с мембраной ферментным комплексом обратный перенос электронов, приводящий к восстановлению НАД(Ф)+ фиксация молекулярного азота. Недавно было показано, что энергия в форме A x - используется для [c.88]

Каким образом проводилась та химическая подготовка , в результате которой из минимума химических элементов и минимума хи.мических соединений образовался сложнейший высокоорганизованный комплекс — биосистема, обладающая способностью затрачивать минимум работы, чтобы снова производить максимум организации Л. А. Николаев удачно подметил, что все механизмы клетки функционируют так, что на каждом этапе всей последовательности реакций организационная работа оказывается мини- [c.196]

Третьей областью применения теории саморазвития открытых каталитических систем может стать моделирование и перенесение в промышленные реакторы моделей ферментативных систем, представляющих если не всю, то часть живой клетки, обеспечивающей стабильную работу биокатализаторов. Речь идет об освоении каталитического опыта живой природы в том отношении, которое касается стабилизации ферментов и их синтетических аналогов не путем искусственной иммобилизации, а посредством закономерностей, присущих естественному отбору в ходе химической эволюции. [c.210]

Эта кислота является настоящим аккумулятором химической энергии она образуется в результате процессов окисления пищевых веществ в клетках организма и расходуется, когда организм должен быстро произвести какую-либо работу. Исключительные свойства богатых энергией фосфатов Б. и А. Пюльман и Грабе связывают, во-первых, с наличием в их молекулах цепочки атомов, каждый из которых обладает суммарным положительным зарядом, что означает недостаток я-электронов, во-вторых, с существованием электронного облака , окружающего эту цепочку. Молекула получается как бы слоистой. Большой запас энергии в ней сочетается с очень большой устойчивостью по отношению к гидролизу (в отсутствие гидролитических ферментов). Предполагается, что эти качества и способствовали тому, что фосфаты приобрели осо- [c.183]

Биологическое значение мембранного потенциала. В тканях организма, даже внутри одной клетки, имеются мембранные и межфазовые потенциалы, обусловленные морфологической и химической неоднородностью внутреннего содержимого клеток. При работе сердца, сокращениях мышц и т. п. возникают так называемые токи действия. Существует теория, рассматривающая их появление как результат различной проницаемости клеточных мембран для разных ионов. Вследствие этого концентрация ионов по обеим сторонам мембран неодинакова. В момент возбуждения (сокращение мышц и т. п.) избирательность проницаемости мембран утрачивается и сквозь них устремляется поток ионов — возникает электрический ток. [c.52]

Математические модели кинетики роста микроорганизмов, образования продуктов биосинтеза и утилизации субстратов отличаются от известных моделей химической кинетики. В основу большинства используемых моделей роста микроорганизмов положены уравнения ферментативной кинетики микробиологических процессов [1—4, 23, 27]. Однако, учитывая значительное число протекающих в клетках стадий биохимических ферментативных реакций, применение законов ферментативной кинетики носит в большинстве случаев формальный характер. Отличительной особенностью большинства моделей является использование в качестве основного параметра модели численности или концентрации микробной популяции. Именно большая численность микробных популяций позволяет широко применять при моделировании кинетики роста детерминистический подход, опирающийся на хорошо развитый аппарат дифференциальных уравнений. В то же время известны работы, в которых используются стохастические модели кинетики [25]. Среди них распространены работы, основанные на простой концепции рождения и гибели , что в математическом аспекте позволяет применять аппарат марковских процессов. В более сложных моделях микробная популяция представляется Б виде конечного числа классов, каждый из которых ха- [c.53]

Спиновая динамика в спин-коррелированных радикальных парах трансформирует начальную взаимную упорядоченность спинов и в результате создает такие формы поляризации (упорядоченности) электронных спинов, которые характерным образом проявляются в экспериментах по электронному парамагнитному резонансу. Проявление химической поляризации электронных спинов в спектрах ЭПР радикалов, вышедших из клетки в объем раствора, обсуждалось в предыдущей лекции. В этой лекции рассматривается форма спектра ЭПР спин-коррелированных РП. В настоящее время особенно много работ посвящено исследованию спиновой поляризации в спектрах ЭПР ион-радикальных (электрон-дырочных) пар, которые образуются в процессе разделения зарядов на первичных стадиях фотосинтеза. Поэтому в этой лекции ориентир взят на РП, образующиеся в реакционном центре (РЦ) фотосинтеза. Однако приведенные результаты могут быть применены и для интерпретации спектров ЭПР спин-коррелированных РП вообще. [c.106]

Автор считает также целесообразным сделать вывод, который по существу вытекает из работы Н. Березовской [15], хотя он ею и не отмечен — о двух различных функциях витамина Р каталитической и ингибирующей. С одной стороны, в этой работе доказана способность биофлавоноидов усиливать тканевое окисление, а с другой — подавление ферментативного превращения тирозина в печени, а также подавления активности щитовидной железы, подавления системы гиалуроновая кислота — гиалуронидаза. Таким образом, витамины группы Р обладают замечательной способностью катализировать одни реакции и ингибировать другие. Если эту закономерность обобщить, то станут несколько более понятными условия, при которых в микроскопической клетке протекают параллельно и одновременно сотни сложнейших химических реакций, не тормозя одна другую. [c.380]

Недавно разработанные методы, позволяющие получать целые растения из единичных клеток, а также осуществлять слияние растительных клеток, могут иметь революционизирующее значение для селекции растений. Они могут послужить также основой нового метода научения фенотипического выражения генов у растений. Так, например, из гаплоидных ядер пыльцевых зерен удалось вырастить целые гаплоидные растения . Поскольку клетки гаплоидных растений содержат, по-вндимому, только по одной копии -большого числа генов, то в таких растениях легко обнаружить мутации, вызванные облучением или химическими агентами, что в свою очередь может способствовать значительному ускорению селекционных работ. [c.268]

Чтобы выполнять свою работу, клетки должны быть обеспечены химическими веществами, они должны вовремя удалять отходы и поддерживать соответствующую температуру и pH. Кровь служит источником питания и местом сбора отходон. Кроме того, она предохраняет клетки от опасных изменений физических и химических условий. [c.439]

Ферменты могут также работать вне живой системы. Пищевая промышленность традиционно использует ферменты в таких про-извод твах, как пивоварение и хлебопечение, и число таких приложений постоянно растет. В клинической биохимии большая доля проводимых анализов основана на использовании ферментов. Химики-синтетики также все чаще обращаются к ферментам в реакциях, где важна стереоспецифичность [2] или где сложность введения защитных групп в полифункциональные молекулы делает неудобным применение обычных методов [3]. Наконец, наиболее важным для нас является накопление знаний о химическом аппарате клетки, что поможет правильно воздействовать на живую систему в случае ее выхода из строя. Известно, что при некоторых заболеваниях возникают особые биохимические расстройства, в том числе ферментов или ферментативных систем. Число таких примеров, несомненно, будет расти, [c.449]

Это еще один принцип молекулярной логики живого состояния. Клетки используют химическую энергию для выполнения химической работы в процессе их роста и биосинтеза клеточных компонентов, а также осмотической работы, необходимой для переноса питаЛльных веществ в клетку, и механической работы сократительного и двигательного аппаратов. [c.16]

Чтобы понять всю сложность исследований, проводимых учеными-биохимиками при изучении структурно-функциональной организации живых объектов, в качестве иллюстрации приведем лищь один пример, поясняющий строение и основы жизнедеятельности простейшей бактериальной клетки Es heri hia соН (в дальнейшем сокращенно — Е. соН). Клетка Е. соИ (рис. В.З) имеет весьма скромные размеры длина — 3, а диаметр — 1 мкм, ее масса приблизительно 6 10 г, две трети которой составляет вода. Остальное вещество клетки образовано белками, свободными аминокислотами, нуклеиновыми кислотами, жирами и углеводами. Клетка состоит из 40 млн больших и средних молекул, участвующих вместе с малыми молекулами в 2—5 тыс. типов химических процессов, многие из которых протекают в 20 — 30 стадий. В клетке содержится около 10 тыс. рибосом, на которых непрерывно синтезируется несколько тысяч типов белков, причем каждая рибосома собирает в среднем одну молекулу белка за 1 с. Сборка представляет собой многостадийную операцию, во время которой несколько сотен аминокислот сшиваются в определенном порядке за счет образования пептидных связей, и включает стадии подбора аминокислот, расстановки их по местам, удаления молекулы воды в процессе образования пептидных связей. Поэтому одновременно в клетке содержится около миллиарда аминокислот, из которых только 1 % входит в состав белков, а остальные находятся в работе. Основная информация о химической организации клетки записана в ДНК буквами такой записи являются триплеты азотистых оснований. В рассматриваемой нами клетке молекулы ДНК содержат 2—5 млн триплетов, т. е. до 15 млн оснаваний, расположенных в строго определенном порядке (для сравнения одна молекула ДНК клетки человека содержит приблизительно 3 млрд оснований). [c.28]

Эта житейская истййа вполне приложима к любым живым существам. Все организмы от одноклеточных микробов дО высших животных и человека — непрерывно совершают различные типы работы. Таковы движение, то есть механическая работа при сокращении мышц животного или вращении жгутика бактерии синтезы сложных химических соединений в клетках, то есть химическая работа создание разности потенщталов между протоплазмой и внешней средой, то есть электрическая работа перенос веществ из внешней среды, где их мало, внутрь клетки, где тех же веществ больше, то есть осмотическая работа. Помимо перечисленных четырех основных типов работы, можно упомянуть образование тепла теплокровными животными в ответ на понижение температуры окружающей среды, а также образование света светящимися организмами. [c.9]

Работами Кребса [345, 517] и Бюхера [120] установле но, что метаболические пути в клетке содержат много фер ментативных звеньев, в основе которых лежат практичесш равновесные реакции. Неравновесность же всей системы 1 целом задается свойствами лишь некоторых необратимьи по существу реакций, которые и выполняют роль кинетического контроля всего потока метаболитов через весь Ьут и являются, таким образом, потенциальными пунктами регулирования стационарного режима. По мнению Кребса [345], факт, что термодинамическое равновесие клетки является синонимом смерти, не подразумевает, что равновесие не может играть важную роль в организации химической динамики клетки. Равновесие образует фон, на который накладываются фактически необратимые процессы. [c.60]

Биологические процессы на уровне одной клетки или на уровне более сложных многоклеточных форм составляют наиболее трудные и привлекающие внимание проблемы химии и химической кинетики. Из огромного количества работ, которые были выполнены с целью выяснения элементарных кинетических закономерностей в биологических процессах, можно сделать некоторые выводы. Один из них состоит в том, что, за исключением простой ионизации, большинство отдельных стадий в биохимических процессах катализируется большими молекулами, называемыми ферментами. Каталитическая активность ферментов обусловлена наличием особых простетиче-ских групп. Кроме того, в состав их молекул входят белковые остатки, которые составляют большую часть молекулы. Молекулярный вес ферментов определяется в основном молекулярным весом входящего в их состав белкового остатка. [c.561]

Для любого процесса в живом организме необходима энергия, которая получается при протекании химических реакций внутри клетки. Основу биохимических процессов составляют химические превращения, в частности реакции окисления и восстановления. Биологическое окисление служит, таким образом, основным источником энергии для ряда внутренних биологических изменений. Многие из протекающих при таком окислении реакции заключаются в сжигании компонентов пищи, например сахаров или липидов, что дает энергию, используемую затем для осуществления таких важных процессов л<изнедеятельности, как рост, размножение, поддержание гомеостаза, мускульная работа и выделение тепла. Эти превращения включают также связывание кислорода дыхание — это биохимический процесс, в результате которого молекулярный кислород восстанавливается до воды. При метаболизме энергия сохраняется аденозинтрифосфатом (АТР), богатым энергией соединением, которое, как известно, служит универсальным переносчиком энергии. [c.14]

Определение тепловых эффектов химических процессов является задачей термохимии. Термохимические методы имеют большое значение не только в химических, но и в медико-бпологических науках. Энергия, необходимая живым организмам для совершения работы, поддержания постоянной температуры тела и т. д., получается за счет экзотермических реакций окисления, протекающих в клетках. Запас окисляющихся веществ (углеводов, жиров) постоянно возобновляется при приеме пищи. Пищевые рационы, необходимые человеку при различных условиях труда и жизни, определяются с учетом теплотворной с1Юсобности пищевых продуктов. [c.52]

В живых организмах для проведения практически всех химических превраш,ений кроме чрезвычайно быстрых реакций переноса протона используются специальные катализаторы — ферменты (или энзимы). Ферменты представляют собой белковые молекулы, которые в зависимости от типа катализируемой реакции либо сами выполняют функцию катализатора, либо работают в комплексе с ионом металла или каким-нибудь сложным органическим соединением. Например, пищеварительные ферменты трипсин и химитрипсин, выделяемые поджелудочной железой в кишечный тракт для переваривания белков, являются чисто белковыми катализаторами, а фермент, катализирующий разложение пероксида водорода (последний образуется в. клетках в ходе некоторых окислительных реакций и его нужно немедленно убирать) содержит связанные с белком органические-молекулы, включающие ион железа, — так называемый гем. [c.310]

Современная органическая химия может с гордостью заявить о своей способности синтезировать неизвестные Природе соединения огромной сложности и об обладании набором разнообразнейших методов, позволяющих выполнять почти любые химические трансформации. Такое заявление надежно подкрепляется множеством вьщающихся достижений органического синтеза последних десятилетий. Тем не менее, впечатление от таких мажорных аккордов немедленно тускнеет при сопоставлении с работой химических механизмов даже простейшей живой клетки. Тысячи соединений (и просп,1Х, и исключительно сложных) синтезируются ферментами в любой момент жизни клетки при обычных (физиологических) условиях в воде, в узком интервале значений pH, без применения высоких температур и давлений и без помоши наших суперактивных реагентов типа сверхкислот, сверхсилькых оснований, щелочных металлов, галогенов, литийорганических соединений и т. п.. В любой клетке непрерывно осуществляются многостадийные синтезы огромного разнообразия органических соединений, необходимых для поддержания ее жизни. Все эти синтезы выполняются за считанные минуты с количественными выходами и строго регао- и стереоспецифично Это означает, что все наиболее трудные проблемы стратегии и тактики органического синтеза уже давно решены на химических комбинатах , оперирующих в любой живой системе. Такое высочайшее совершенство биосинтеза невольно вызывает у химиков смеш анные чувства и восхищения, и подавленности от сравнения своих скромных возможностей с достижениями Природы, [c.476]

Значительный вклад в выяснение механизма действия гормонов внес американский биохимик Эрл Уилбур Сазерленд (1915—1973) своими работами по изучению циклической аденозинмонофосфорной кислоты (ЦАМФ). В процессе исследования действия гормона адреналина на клетки печени и мышц он обнаружил новое химическое вещество, действующее в качестве посредника между гормоном и клеткой, передающее инструкцию от гормона к соответствующему ферментативному механизму клетки. Он назвал это вещество вторым посредником и идентифицировал как ЦАМФ следующего строения [c.421]

Какие химические процессы лежат в основе мышления и создают поток сознания в мозге человека Поступление импульсов в мозг оказывает большое влияние на сигналы, идущие на периферию по моторным нейронам. Известно также, что мозг обладает собственными эндогенными электрическими ритмами, которые не зависят от импульсов, поступающих по сенсорным нейронам. У примитивных беспозвоночных источником таких ритмов служат особые нейроны — водители ритма (пейсмейкеры). Эти нейроны спонтанно возбуждаются с постоянными интервалами. По-видимому, в их клеточных мембранах происходят последовательные циклические изменения ионной проницаемости, достаточные для возникновения потенциала действия. Примеры работы трех типов нейронов — водителей ритма у моллюсков [130] приведены на рис. 16-12. Вполне вероятно, что аналогичный феномен лежит в основе работы мозга человека. Вероятно, сознательная мысль возникает при сочетании ритмов от эндогенных водителей ритма с импульсацией, поступающей от сенсорных нейронов. Возвращаясь к примитивным организмам, любопытно сравнить спонтанный ритм нейронов—водителей ритма с периодическим выбросом сАМР клетками 01с1уо51еШит (гл. 6. разд. 5). Может быть, эти два феномена по существу имеют много общего. [c.350]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология