Биосистема

Есть надежда, что разработка новых хелатирующих агентов на основе более четкого понимания роли и механизма действия ионов металлов в биосистемах приведет к созданию в ближайшем будущем гораздо более селективных и эффективных агентов для осуществления терапевтического контроля присутствия ионов металлов, как токсичных, так и необходимых организму [215, 216]. [c.343]

Железо входит составной частью во многие биосистемы, в частности гемопротеины и системы небелковой природы (например, содержащиеся в микроорганизмах). В химии жизненных процессов существенную роль играют окислительно-восстановительные реакции порфириновых комплексов железа, которое может в них находиться в состояниях Fe(II) и Ре(III). В Зтих реакциях участвуют как электроны лигандов (их я-орбиталей), так и желе- [c.124]

Ни одна до сих пор полученная модель не в состоянии заменить нативные катализаторы , действующие в биосистемах. [c.182]

Что же касается второго вывода, то оп не так уж пессимистичен. Речь идет о замене биокатализатора в биосистеме искусственной моделью. Такая задача, конечно, невероятно трудна она сравнима с задачей создания искусственных органов, например сердца, для организма человека. Однако любая попытка ее решения и любой лаже отрицательный результат, полученный при этом, имеют несомненную познавательную ценность. [c.182]

Во-первых, даже в с учае хорошо изученных биокатализаторов имитация их конструкций далеко не всегда дает должный эффект, так как активность и особенно специфичность биокатализаторов определяется рядом других компонентов биосистемы, например белковым носителем, структурой органеллы, средой клетки и т. д. Все эти стороны биокатализаторов, как отмечает Николаев, практически не моделировались вовсе. [c.182]

По-видимому, уже из этого суждения следует вывод о необходимости изучения законов химической эволюции и законов биогенеза для решения проблемы освоения каталитического опыта живой природы. Небезынтересно в связи с этим напомнить, что даже наиболее оптимистически настроенные химики, которые с успехом моделируют биокатализаторы, все же считают, что они проявили бы легкомыслие, если бы утверждали, что изолированное изучение биокатализаторов— ферментов достаточно для получения исчерпывающей информации о том, что такое биокатализ [ 9, с. 13 . Да, конечно, фермент можно выделить из биосистемы можно точно определить его структуру, во всяком случае не менее точно, чем, например, структуру витамина А или какого-либо стероида. Фермент можно ввести в реакцию и заставить осуществлять каталитические функции. Но, получая фермент в чистом виде и с облегчением выбрасывая остатки исходных материалов, мы жертвуем новым ради привычного — разрушенная клетка со всем ее ферментным аппаратом более интересный объект, чем одна, грубо удаленная деталь (там же). Если в изучении биокатализа идти последовательно, то аналитическая стадия неизбежна. Однако задержка только на этой стадии означает отказ от познания механизма действия ферментативного аппарата в целом. Важно., не останавливаться на данных анализа, — говорит далее Л, А, Николаев,— и попытаться связать в одно целое сведения, относящиеся к деталям. Тогда окажется, что биокатализ нельзя отделить от проблемы биогенеза, и какими бы трудными ни казались эти вопросы, у исследователя остается утешение, что, не теряя их из виду, он все же сделает меньше ошибок, чем если вовсе забудет об их существовании (там же). [c.183]

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]

Высокие значения потенциалов ионизации цинка приводят к тому, что ковалентное взаимодействие его ионов проявляется значительно сильнее, чем у других ионов. Ион цинка играет большую роль в биосистемах, входит во многие ферменты в качестве необходимой составной части. [c.562]

Система РАСТ позволяет добиться значительного снижения показателей БПК и ХПК, а также обесцвечивания, присутствие угля защищает биомассу от отравления, в то время как биосистема позволяет высвободить центры адсорбции активированного угля путем ассимиляции с него органики". Активированный уголь адсорбирует и удерживает легкие углеводороды и ароматические соединения, устраняя их испарение при аэрации. [c.302]

Одной из самых интригующих и перспективных задач современной науки является изучение механизма и движущих сил процессов, происходящих в живом организме. Решение этих проблем позволит перейти на качественно новый уровень развития фундаментальных и прикладных наук, таких как медицина, биотехнология и фармакология. В области химических наук толчком к началу исследования процессов молекулярного узнавания в биосистемах послужило открытие в конце бО-х годов искусственных молекул (краун-эфиров), способных к специфическому распознаванию других химических частиц. В последующие годы бурное развитие получил синтез соединений, способных к самоорганизации. На рубеже 80-90-х годов сформировалась новая область знаний, получившая название "супрамолекулярная химия". У ее истоков стоят работы трех нобелевских лауреатов 1987 года -Ч. Педерсена, Д. Крама и Ж.-М. Лена [1-3]. По определению Лена [4], супрамолекулярная химия - это химия межмолекулярных связей, изучающая ассоциацию двух и более химических частиц, а также структуру подобных ассоциатов. Она лежит за пределами классической химии, исследующей структуру, свойства и превращения отдельных молекул. Если последняя имеет дело главным образом с реакциями, в которых происходит разрыв и образование валентных связей, то объектами изучения супрамолекулярной химии служат нековалентные взаимодействия водородная связь, электростатические взаимодействия, гидрофобные силы, структуры "без связи". Как известно, энергия невалентных взаимодействий на 1-2 порядка ниже энергии валентных связей, однако, если их много, они приводят к образованию прочных, но вместе с тем гибко изменяющих свою структуру ассоциатов. Именно сочетание прочности и способности к быстрым и обратимым изменениям - характерное свойство всех биологических молекулярных структур нуклеиновых кислот, белков, ферментов. [c.184]

В принципе та же ситуация в живой природе. Все биосистемы имеют клеточную организацию с однотипным строением клеток, органелл, генетического аппарата и т.д. У всех видов животных и растений гены построены из одних и тех же четырех нуклеотидов, а белки - из одних и тех же двадцати аминокислот. В процессе дивергентного эволюционного развития совершенствование и усложнение биосистем происходит путем дифференциации и объединения уже существовавших структур с образованием новых связей, т.е. путем добавления и комбинирования, а не кардинальной переделки прежней структурной организации. Таким образом, наличие у природы структурной организации сделало возможным появление научного мышления. "Представим себе, - писал К.А. Тимирязев в 1920 г., - что бы было, если бы вместо наших 60 элементов, их существовало бы 60 млрд. Каждый камень представлялся бы нам чем-то совершенно новым, все известное нам об остальном было бы нам не в прок... А каково было бы положение биологии, если бы существовали бы только неделимые особи, не было бы видов, дети не походили бы на родителей" [10. С. 11]. [c.20]

Эволюционная концепция, провозглашенная Ч. Дарвином в 1859 г. в биологии, утверждала диаметрально противоположное направление развития. В ней говорилось не о разрушении структур, а, напротив, об их возникновении, прогрессирующем усложнении, разнообразии и совершенствовании путем расхождения (дивергенции) видовых признаков и свойств живых организмов. Исторический переход от низших биосистем к биосистемам с более высокой структурной организацией происходит, согласно Дарвину, за счет ненаправленных изменений, вызываемых случайными отклонениями исходных форм, подпавших под действие естественного отбора. [c.47]

Эти вопросы представляют первостепенный интерес для решения проблемы структурной организации белков. Но не только. Они относятся к фундаментальным вопросам всего естествознания, так как являются наиболее общими и принципиальными в изучении неравновесных процессов спонтанного возникновения порядка из хаоса, прежде всего в биосистемах. [c.472]

В описании многих биологических исследований чаще встречается термин кремний , чем кремнезем . Поскольку имеется мало доказательств того, что кремний встречается в какой-либо биосистеме в форме, отличающейся от координации кремния с кислородом, то автор считает возможным в настоящей главе использовать термин кремнезем или 5102. [c.1005]

На этой реакции, как и на многих других, построена жизнь во Вселенной. Жизнь, как медленно протекающий процесс, строится иа взаимодействии предельно сильно экранированных реакционных центров. Это экранирование во всех важнейших биосистемах осуществляют белки, обладающие сложной пространственной структурой. [c.664]

Можно сказать, что белок — тот резервуар, в котором функционируют все многочисленные биосистемы живых организмов восприятия и выделения веществ, запасания и выделения энергии, восприятия и отражения внешних и внутренних полей, физиологического и биологического дыхания, внутреннего и внешнего механического движения, внутренней сигнализации в пределах организма и др. [c.670]

В новой главе Биомембраны и биоэнергетика отражены современные представления о структуре биомембран, образовании и трансформации энергии в биосистемах. [c.2]

Все изложенное относится к статистической физике кооперативных систем, находящихся в условиях термодинамического равновесия. Несмотря на то, что биосистемы неравновесны, статистическая теория дает многое для их понимания. Не менее существенно, однако, исследование кинетики кооперативных процессов. [c.44]

Обратимый характер реакции образования иминов имеет важное биологическое значение и реализуется при метаболизме аминокислот в биосистемах в процессах пере-аминирования с участием пиридоксальфосфата и амино-трансфераз [c.831]

Вероятно, наиболее рациональной может стать энергетическая система, построенная на двух энергоносителях на электричестве (автоматизация, механизация, освещение, передача информации, система управления) и на водороде (транспорт, быт, химия, металлургия, энергетика). Перспективность такой системы определяется и ее наибольшим приближением к эволюции биосистемы планеты. Это подтверждают и расчеты, проведенные в Нидерландах [82]. [c.43]

Одновременно с этим привлекают внимание исключительно интересные перспективы четвертого уровня — эволюционной химии. О них как об идеале в свое время говорили И. Я. Берцелиус, Ю. Либих, X. Шенбейн, Д. И. Менделеев, С. Аррениус, Н. Н. Семенов и другие исследователи, полагавшие необходимым равняться на лаборатории живых организмов. Химия на этом уровне впервые берет на вооружение метод историзма и с его помощью пытается решить проблему биогенеза, освоить каталитический опыт живой природы, моделировать биосистемы с целью осуществления самых разнообразных процессов — от фотохимичекого разложения воды на кислород и водород до синтеза моделей биополимеров в комплексе с биорегуляторами. Переход на уровень четвертой концептуальной системы уже начался, свидетельство чему— появление массы работ по изучению и освоению предбиологических систем или моделей биосистем. К этим работам относятся, в частности, многие исследования ученых нашей страны — А. А. Баева, И. В. Березина, В. Т. Иванова, Н. К. Кочеткова, И. Л. Кнуянца, Ю. А. Овчинникова, Н. М. Эмануэля и др. [c.30]

Из 90 элементов периодической системы Д. И. Менделеева, находящихся в естественных условиях на Земле, лишь восемнадцать элементов входят в состав биологических систем. Шесть элементов — углерод, водород, азот, кислород, фосфор, сера — играют исключительную роль в биосистемах они входят в состав белков и нуклеиновых кислот и составляют основу жизни на земле. Среди них легчайшие атомы, у которых наиболее распространенными и устойчивыми степенями окисления являются 1 (Н) 2 (О) 3 (Ы) 4 (С) 5 (Р) 6 (5) и которые отвечают наиболее стабильным электронным конфигурациям. Существенное значение для жизнедеятельности организмов имеют 12 следующих элемен- [c.561]

Не подвергаются окислению в биосистемах ионы никеля (II), трудно поддаются окислению ионы кобальта (II) и марганца (П) сравнительно легко реализуются переходы Ре —Ре " и Си —Си". Близость размеров ионов и потенциалов ионизации дает возможность замены ибТюв одинаковой степени окисления, например цинка (И) на кобальт (II). [c.563]

Известно, что отношение S/N в нефтях изменяется в очень широких пределах (от 0,70 до 47,3, по данным А.Н. Резникова). Однако значения больше 15 и меньше 1 встречаются довольно редко. Чтобы понять причины столь широкого диапазона колебаний значений S/N, необходимо проследить путь азота и серы от исходного 08 до нефти. Весь азот нефтей некогда был зафиксирован с помощью биосистем из атмосферы. Первичный продукт ассимиляции азота — аминокислоты. Именно они, претерпев ряд сложных преобразований, дают всю гамму азотсодержащих соединений каустобиолитов. Изначально исходное ОВ содержит много азота. Например, доля азота в диатомовых и пиридиниевых водорослях 2,5 и 4,6 % соответственно, в копеподовом зоопланктоне и бентосе 9,9 и 12,3 %, в бактериях 12,1 %. Азот и сера в биосистемах сосредоточены в основном в белках. При этом в отличие от нефтей доля азота во много раз превышает содержание серы. Так, по данным О.С. Петренко, в растительных белках азота 15,2—19 %, а серы 0,3—2,4 %. Результаты исследований современных морских и озерных отложений показывают, что белковые компоненты, куда входит азот, — наиболее нестабильная часть исходного органического материала. [c.77]

Сразу отметим, что сравнительно небольшое количество металлов используется биосистемами при переходе от человека к другим организмам варьируется только доля их участия, но не список. А этот список можно достаточно однозначно разделить на три группы энзим-необразующих элементов, которые определяют осмотический гомеостаз, нейро-мускулаторную трансмиссию и биоминерализацию группу трех основных элементов (железо, цинк, медь) — наиболее значимую в биохимии энзимов и группу редких металлов (в некоторых организмах часть из них может переходить в разряд ключевых энзимо-образователей). [c.354]

Буровые растворы на нефтяной основе, хотя и характеризуются высокими технологическими показателями и темпе-ратуростойкостью, представляют собой значительную угрозу. Входящие в их состав нефть и дизельное топливо сильно загрязняют шлам, создавая дополнительные трудности при его утилизации, а нефть и нефтепродукты, попадая в почву и водоемы, нарушают экологическое равновесие биосистемы. [c.134]

Следует отметить, что существенным недостатком и в то же время достоинством комплексонатов на основе макроциклов являются, как правило, крайне малая скорость комплексообразования, что затрудняет потенциометрические исследования, и также низкая скорость диссоциации, что может оказаться весьма полезным при их использовании в биосистемах. Например, диссоциация нормальных комплексов КИДА с лантаноидами протекает при комнатной температуре приблизительно в 10 раз медленнее, чем процесс обмена молекул воды в координационной сфере этих ионов [389]. Скорость диссоциации может быть повышена либо посредством подкисления раствора, либо введением конкурирующего катиона. [c.216]

Требования, предъявляемые к бифункциональным комплексонам, в основном сводятся к быстрому и эффективному присоединению их к антителу и в то же время достаточно длительному по сравнению с полупериодом распада радиоактивной метки (составляющим от 1 ч до четырех суток) удерживанию катиона в хелатной части молекулы. Таким образом, наряду с эффективной константой устойчивости важной характеристикой такого комплексоната является кинетика потери ионов металла в биосистеме. Было, в частности, показано, что комплекс индия (П1) с ДТПА диссоциирует медленнее, чем аналогичный комплексонат, образованный R—ДТПА [86]. Сообщается, что вопреки значениям термодинамических констант устойчивости в опытах ш vivo комплекс R—ДТПА терял ин-дий(П1) быстрее, нежели R—ЭДТА. Однако в более позднем исследовании in vivo получен противоположный результат [84]. [c.504]

Флуоресценция MgXл(a) возрастает по мере добавления экстралиганда, если используется абсолютно сухой бензол. Из табл. 5.3 следует, что в бензоле хлорофилл(а) координируется даже с молекулами, имеющими я1с-связанную электронную пару (первые два лиганда). Молекулы со свободной парой электронов образуют весьма устойчивые комплексы, независимо от того, координируется атом кислорода или азота. Обращает на себя внимание очень высокое сродство к воде (Ку = 3 10 ) и стабилизация экстракомплекса длинными алкилами (С7, С ), что важно для процессов комплексообразования, протекающих в биосистемах. [c.268]

Рассмотренный в главе материал показывает, что экстракоординация - важнейшее свойство металлопорфиринов, определяющее их функции в биосистемах. Она сходным образом протекает как в растворах, где она изучена подробно, так и в условиях живой клетки. [c.294]

В биосистеме молекула Н2П находится преимущественно в неполярном окружении (коллоидный раствор). Модельные исследования [98, 100] показали, что в растворах ПАВ порфирины являются центрами образования неполярной части мицеллы. Взаимодействие первой и второй экранирующих сфер белкового комплекса осуществляется за счет гидрофобного взаимодействия периферических заместителей с неполярным белковым окружением (псевдо-сольватная оболочка [10]) и обеспечивается пространственной "подстройкой" сольватационных центров. В этом состоит роль Н2П в поддержании третичной структуры белка в белковых комплексах. Можно полагать, что происходящие при этом сильные конформационные изменения связаны в первую очередь с перестройкой периферии молекулы биопорфирина, а не с искажением самого макроцикла [101]. Существует иная точка зрения, касающаяся наличия у металлокомплексов порфиринов некоторой конформационной гибкости. Согласно ей, именно изменение степени искажения макроцикла в комплексе, а значит, и его физикохимических свойств, вызываемое конформационной перестройкой третичной структуры белка, является залогом их биологической активности in vivo [102-104]. [c.357]

Разработать научные основы технологии аддити-вов, пищевых премиксов, структурообразователей, изучить их адаптацию в мясных биосистемах [c.1351]

Среди многочисленных компонентов биосистем молекулярного уровня исключительная роль в процессах жизнедеятельности, бесспорно, принадлежит белкам. Активно участвуя практически во всех протекающих в клетках и организме процессах, они наделены поистине универсальными биофизическими и биохимическими свойствами. Белки обладают способностью к взаимному превращению всех необходимых для жизни видов энергии тепловой, механической, химической, электрической и световой. Кроме того, они входят в состав соединительных и костных тканей, кожи, волос и других структурных элементов всех уровней живого организма, выполняя динамическую опорную функцию и обеспечивая нежесткую взаимосвязь органов, их механическую целостность и защиту. Нет смысла перечислять все функции белков, спектр их действия огромен. Отметим лишь, что по разнообразию своих физических и химических проявлений белки несопоставимы с возможностями любого другого класса соединений живой и неживой природы. Они "умеют" делать все, и именно поэтому назначение генетического аппарата любого живого организма сведено к хранению информации только о белках и к их синтезу. Биосистемы всех уровней, в том числе и молекулярного, можно считать "произведениями" белков. При функциональной универсальности природных аминокислотных последовательностей деятельность каждого отдельного представителя этого класса уникальна в отношении функции, механизма действия, природы лиганда и внешней среды. И, наконец, белки проявляют высочайшую активность в физиологических, мягких условиях и не образуют при своем функционировании побочных продуктов. [c.50]

Кристаллическая структура белка - это очень сложным образом полученная и, по-видимому, самая дорогая во всех отношениях фотография. Представленное на ней изображение позволяет увидеть многие детали внутреннего устройства белковой глобулы. Но, как и любая другая фотография, она не раскрывает ирироды внутренних связей и принципы организации изображенного объекта, его возможного поведения при изменении внешних условий. Кристаллография белка - это морфология биосистемы молекулярного уровня. Для перехода к изучению физиологии белка одной фотографии кристаллической структуры белка, т.е. одной морфологии, недостаточно. На приведенной ниже схеме показана цепочка субординационных взаимоотношений между функцией белка (в данном случае, фермента) и его химическим и пространственным строением. Из схемы видно, что наблюдаемая структура белковой молекулы не имеет непосредственной связи с реализуемой каталитической функцией. Существующая же связь, во-первых, направлена не от функции к структуре, а от структуры к функции, т,е, в сторону, противоположную традиционному направлению поиска, и, во-вторых, включает три промежуточных звена и требует последовательного решения трех задач. [c.76]

Поэтому фермент помогает организовать реагирующие молекулы в пространстве таким образом, что их реакционные центры сближаются и взаимодействуют. Нетрудно видеть, что Взаимодействие фермента с субстратом в биосистемах во многом повторяет сольватацию реагирующих молекул в растворах. При этом эффекты при сольватации и ферментативном взаимодействии одни и те же. Разница состоит лишь в том, что молекулы растворителя более свободны, кинетически более независимы и подвижны, чем сольвати-рующие группировки молекул белка (фермента). [c.728]

При непрерывных биотехнологических процессах управление ими не усложняется, так как биосистемы здесь работают в определенных стационарных состояниях и на определенном этапе сходны с системами, функционирующими в периодических режимах Однако биосистема изменяется на пугги от начального (стартового) периода к стационарному, и чем этот путь короче, тем лучше Таким образом, в подобных случаях цель управления фокусируется на поддержании заданного стационарного состояния, используя, например, микро-ЭВМ На рис 82 показана принципиальная схема работы ЭВМ [c.281]

Нагл51дными примерами приложения равновесной термодинамики к процессам поведения живых существ является эффективное использование принципа Ле Шателье-Брауна. Этот общеизвестный принцип, применимый к квазизакрьггым биосистемам любой природы и иерархичности, называют принципом наименьшего принуждения и в упрощенном варианте часто формулируют следующим образом поведенческие реакции закрытой (квазизакрьггой) системы направлены на компенсацию внешнего возмущения. [c.20]

В настоящее время наблюдается мощный интеллектуальный подъем в неорганической химии, который сильнее всего затронул те ее области, которые лежат на стыке с соседними дисциплинами химию металлоорганических и бионеорганических соединений, химию твердого тела, биогеохимию и др. Возрастает, в частности, уверенность ученых в том, что неорганические элементы играют важную роль в живых системах. Живые существа вовсе не являются чисто органическими. Они весьма чувствительны к ионам металлов почти всей Периодической системы Д.И. Менделеева. Некоторые ионы играют важнейшую роль в таких жизненно важных процессах, как связывание и транспорт кислорода (железо в гемоглобине), поглощение и конверсия солнечной энергии (магний в хлорофилле, марганец в фотосистеме II, железо в ферродоксине, медь во фта-лоцианине), передача электрических импульсов между клетками (кальций, калий в нервных клетках), мышечное сокращение (кальций), ферментативный катализ (кобальт в витамине В12). Это привело к взрыву творческой активности ученых в области неорганической химии биосистем. Мы начинаем изучать строение ближайшего и дальнего окружения атомов металлов в биосистемах и учимся понимать, как это окружение позволяет атому металла с такой высокой чувствительностью реагировать на изменение pH, давление кислорода, присутствие доноров или акцепторов электронов. [c.158]

Обсуждая проблемы биотехнологии, мы уже показали, что ясное понимание структуры макромолекул открыло нам пути к познанию их функхщй в биосистемах. Достичь такого понимания нам позволили структурные исследования, работы по химической модификации и более глубокое уяснение связи между молекулярным строением и биологической функцией, а также новые методы молекулярной генетики. [c.167]

Связь химии и биологии осуществляется не только по линии генетической связи различных форм двилсения, перехода от неживого к живому. Развитие химических производств зависит ныне как от достижений физики, кибернетики, электроники, так и биологии. Особенно большие возможности в этом отношении открывает бионика. Бионика изучает механизмы и принципы работы биологических систем для использования их в технических устройствах и технологии. Она добивается этого точным копированием всей биосистемы или моделированием отдельных ее функций, а также использованием в производстве как целостных организмов, так и отдельных биоблоков. [c.100]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология