Компоненты биосистемы

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]

В других случаях в качестве компартментов рассматриваются взаимодействующие друг с другом вещества (или другие компоненты биосистемы), находящиеся в одном и том же объеме. Тогда кинетика реакций также описывается с помощью компартментальных моделей, а различным компартментам отвечают количества или концентрации различных веществ в одной и той же пространственной области. Так, в тканях и жидкостях тела происходят многочисленные реакции между химическими веществами, и участвующие в них субстраты, ферменты и продукты могут рассмат риваться как различные компартменты. В моделях наземных экологических систем часто делается допущение, что все исследуемые процессы происходят на некоторой ограниченной территории (иногда, как в классической модели экологических систем — модели Вольтерра, такое допущение делается неявно), и в качестве компартментов выступают численности или плотности различных видов или возрастных групп животных. [c.160]

Нелинейные процессы переноса компонент. Использование линейных уравнений диффузии в форме (6.18) позволяет описать достаточно широкий класс явлений физического переноса компонент биосистемы. [c.167]

Заметим, что, хотя идея наслоения связей и обсуждается в общей теории систем [3, 31, 334], речь там идет о другом. Так, обычно предполагается, что гомеостаз возникает тогда, когда на систему первично взаимодействующих компонент биосистемы накладываются вторичные механизмы регуляции, управляемые фиксированными структурами преимущественно типа обратной связи [31, стр. 43]. Поскольку обратная связь понимается здесь как классическая система автоматической стабилизации с уставкой, такое наслоение как раз и представляет собой классический подход, рассмотренный в разд. 7.3. Гомеостаз возникает скачком, мгновенно пока есть только механизмы первичного взаимодействия в открытой системе, гомеостаза нет. Но стоит на них наложить механизм отрицательной обратной связи по рассогласованию, как немедленно появляется гомеостаз. [c.220]

Одной из проблем, возникающих перед изучением отдельных этапов фотосинтеза на модельных реакциях, является изучение фотореакции в гетерогенных средах, своего рода фото-топохимия, исследующая протекание процесса на различных носителях в условиях избирательной адсорбции и диффузии компонентов. Только таким путем можно подойти сколько-нибудь близко к реальным условиям, существующим в биосистемах. [c.345]

В биосистемах УФ-свет индуцирует главным образом фото-деструктивные реакции, связанные с фотохимическими превращениями белков и нуклеиновых кислот, относящихся к основным акцепторам УФ-излучения в клетке. Однако в биомембранах и других липидных системах под действием УФ-излучения эффективно протекает процесс пероксидного фотоокисления (ПФО) ненасыщенных жирных кислот липидов, который приводит к значительным изменениям структурно-функционального состояния всех мембранных компонентов. Таким образом, биомембраны содержат различные хромофорные группы, поглощающие энергию УФ-излучения в разных диапазонах длин волн, — ароматические и серосодержащие аминокислоты мембраносвязанных белков, полиненасыщенные жирные кислоты липидов, а также коферменты, включающие пиридиннуклеотиды, флавины, кофермент Q, железопорфирины, витамины. [c.126]

Здесь мы рассмотрим только один аспект проблемы целей в живых системах, связанный с зависимостью результата функционирования системы от условий окружающей среды. Биосистема при этом будет рассматриваться как целостное структурное образование на данном этапе эволюционного процесса. Поэтому, если считать, что целью живой природы является получение эволюционной пластичности и организменной устойчивости [248], то мы будем иметь дело только со второй компонентой этой цели — устойчивостью сложившейся биосистемы. В частности, мы не будем касаться представлений о наилучшей приспособленности биосистем к среде как максимальной скорости размножения организмов, что восходит еще к идеям Дарвина (см., например, [77, 161, 190, 233]). [c.31]

Другой подход к определению того, что считать объектом управления, связан с разделением биосистемы на метаболическую компоненту и кибернетическую систему, обеспечивающую сохранение энергетической основы системы ([216], см. также [c.110]

К процессам превращения компонент относятся различного рода химические реакции (в биосистемах от клеточного до организменного уровня), взаимодействия типа хищник-жертва на [c.160]

Конвективный транспорт (перенос компонент носителями). Часто в биосистемах та или иная компонента может переходить из компартмента в компартмент не непосредственно, а с помощью некоторых переносчиков. Например, в организме кислород из атмосферы в кровь попадает с вздыхаемым воздухом, а из крови к органам переносится с потоком крови. Тот же поток крови переносит и тепловую энергию от компартмента к компартменту, а выдыхаемый воздух уносит тепло в окружающую среду. На экологическом уровне такие процессы имеют место, например, при переносе семян растений ветром или животными. Уменьшение интенсивности потока носителя в этом случае приводит к уменьшению [c.168]

В процессе функционирования биосистем обращающиеся в них компоненты не остаются неизменными. Сущность процессов жизни в том и состоит, что компоненты, поступающие из окружающей среды в биосистему и запасаемые в ней, взаимодействуют между собой, вступают в реакции, преобразуются и включаются в кругооборот веществ и энергии, утилизируются, а ненужные биосистеме вещества снова переходят в окружающую среду. [c.170]

При рассмотрении этих вопросов следует иметь в виду их большую сложность и недостаточность наших знаний о функционировании систем и органов в целостном организме. Поэтому, как правило, нарисовать детальную и полную картину химических процессов и процессов управления в организме не удается. Однако имеется несколько типовых способов описания превращений компонент в биохимических системах (закон действующих масс, уравнения ферментативных реакций) и разработаны простейшие модели воздействия активных веществ на органы и железы в организме. Кроме этих моделей мы кратко рассмотрим вопросы превращения и взаимодействия компонент в биосистемах экологического уровня. [c.170]

Системы с лимитирующими факторами. Процессы в биосистемах часто протекают так, что на разных их этапах наличие различных компонент системы оказывает решающее влияние на характер этих процессов. Так, для популяции темп поглощения и обмена веществ на начальном этапе развития (когда плотность популяции невелика, а продуктов питания достаточно) определяется только плотностью популяции. Однако при тех же условиях внешней среды для разросшейся популяции ограничивающим фактором дальнейшего ее роста является наличие продуктов питания. Свойство систем, заключающееся в том, что на каждом этапе ее функционирования [c.176]

Несколько сложнее дело обстоит с расходами энергии на функционирование биосистемы. В предыдущих разделах мы рассмотрели некоторые процессы переноса и превращения компонент в биосистемах. Часть этих процессов происходит пассивно , т. е. механизмы, ответственные за их осуществление, не расходуют метаболической энергии (см. разд. 1.6). Таковы процессы диффузии (6.10) или (6.14), а также излучение тепловой энергии (6.23). Если процессы переноса веществ (6.15) осуществляются пассивно (например, в экосистемах — перенос семян и биомассы потоками воздуха или воды), то такие процессы также не связаны с активной затратой энергии в биосистеме. Часто процессы преобразования компонент на основе закона действующих масс (6.34) или в ходе некоторых ферментативных реакций (6.40) также представляют собой пассивные процессы, не приводящие к расходу метаболической энергии биосистемы. [c.181]

X, характеризующий уровни (концентрации или количества) всех компонент, принимающих участие в обмене веществ в биосистеме. [c.183]

Процессы потребления уравновешиваются в биосистеме преобразованием поступающих извне компонент в необходимые ля жизнедеятельности вещества, что на схеме показано блоком [c.183]

Среди многочисленных компонентов биосистемы молекулярного уровня белкам принадлежит исключительная роль в процессах, протекающих в клетках и организме. Поэтому 1юлучаемая с помощью рентгеноструктурного анализа информация о строении белков оказывает огромное влияние на развитие подавляющего большинства направлен-ний молекулярной биологии. Давно стало очевидно, что без знания пространственной структуры белков нельзя понять природу и специфичность их взаимодействий, представить и количественно описать механизмы процессов жизнедеятельности. Рентгеноструктурное изучение белков превратилось в неотъемлемую составную часть биологических исследований оно определяет их научный уровень и значимость получаемых результатов. Данные о расположении атомов в нативных конформациях белков служат незаменимой экспериментальной основой всех поисков решений таких фундаментальных проблем молекулярной биологии, какими являются проблемы структурной и структурно-функ-циональной организации белковых молекул. Первая из них заключается в установлении связи между аминокислотной последовательностью и ее пространственной физиологически активной формой и динамическими конформационными свойствами. Следовательно, она включает в себя [c.54]

При рассматриваемом ниже подходе механизм возникновения гомеостаза представляется другим. В отличие от подхода Л. фон Берталанфи, наслаиваются друг на друга не два принципиально разных типа взаимодействий, а происходит постепенное накопление однотипных связей сами механизмы первичного взаимодействия компонент биосистемы по мере увеличения их количества в системе (в рамках определенных структур) постепенно придают ей все лучшие гомеостатические свойства. [c.220]

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]

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]

Однако, рассматривая вопросы, относящиеся к выбору математических моделей роста популяции, необходимо иметь в виду следующее положение. Изменения, происходящие и регистрируемые в биологических системах, являются результатами процессов, в которых участвуют компоненты различных уровней иерархической структурно-системной организации. В данном случае под такой системой следует понимать определенную сово1Яуп-ность взаимодействующих между собой относительно элементарных структур или процессов, объединенных в целом выполнением некоторой общей функции, не сводимой к функциям ее комгю-нентов [19]. Поэтому важным методологическим вопросом математического моделирования и является выбор уровня организации биосистемы, моделирование взаимодействия компонентов 1 4 которого наиболее полно и адекватно соответствует поставлен- ной при математическом моделировании практической задаче. [c.17]

Таким образом, множество вопросов, касающихся межклеточных взаимодействий лишь поставлено чем больше углубляются нами знания о специальных биофизических и биохимических функциях различных компонентов клетки, тем очевиднее становится исключительная важность организации биосистемы как целого и взаимодействие клеток и клеточных ассоциаций. Эти координированные во времени и в пространстве межклеточные взаимодействия обусловливают динамические регуляторные и адаптивные свойства биологических систем. ]УГежклеточные взаимодействия принимают участие в регуляции биосинтетических возможностей клетки, активируя или ингибируя метаболические реакции, в процессе которых образуются продукты, необходимые не самой синтезирующей клетке, а клеткам других удаленных от нее частей организма. Изучение биологической роли и конкретных механизмов различных типов межклеточных взаимодействий, как одного из уровней передачи информации в живых системах приближает нас к раскрытию, моделированию и даже коррекции многих явлений и особенностей живых организмов. [c.8]

К началу 1970-х годов феноменологическая стадия исследования функционирования мышц была в основном завершена стали известны общая схема процесса, его основные участники и источник энергии [442—445]. Дальнейшее изучение заключалось в поиске ответов на вопросы о том, каков молекулярный механизм сокращения мышц, как на молекулярном уровне совершается трансформация химической энергии гидролиза АТР в механическую работу и каким образом нервный импульс приводит в движение мышечные волокна. Содержание процесса, спонтанно протекающего в клетке или организме и, следовательно, сопровождаемого понижением свободной энергии, есть не что иное, как реализация потенциальных возможностей участвующих в нем молекул. Поэтому, какой бы ни был выбран подход к решению вопросов, связанных с механизмом работы биосистемы, он непременно должен включать изучение структурной и структурно-функциональной организации взаимодействующих молекул в случае молекулярного механизма сокращения мышц - организации прежде всего молекул актина и миозина, главных белковых компонентов миофибриллы, а также актино-миозиновых макромолекулярных комплексов. Изучение начинается с [c.121]

Законы, определяющие процессы перемещения компонент в биосистемах, могут быть как простыми (в частности, таковы физические законы, описывающие пассивный транспорт вещества и энергии), так и чрезвычайно сложными (как, например, законы, регулирующие активный транспорт в биохимических системах или расселение и перемещение видов и отдельных групп животных). В компартментальных моделях живых систем в настоящее время исследуются, однако, лищь простейщие зависимости такого рода. Рассмотрим некоторые из них. [c.164]

Рис. 6.3. Общая схема компартментальной модели биосистемы. Скорость изменения вектора концентраций к равна сумме скоростей утилизации, переноса и синтеза комноиеит. участвующих в обмене веществ. Поскольку величина темпов утилизации ие может регулироваться виутреиними механизмами системы, эти темпы играют роль независимых переменных—первичных темпов. Регулирующие механизмы должны уравновесить расход компонент их синтезом и доставкой. Поэтому темпы процессов, направленных иа компенсацию трат вещества и энергии, играют роль зависимых переменных — вторичных темпов. В стационарном состоянии вторичные темпы по величине должны быть равны первичным.

Зависимость темпов потребления от вектора состояния л показана стрелкой в нижней части рисунка. Напомним, что термин темпы потребления используется здесь условно, так как соответствующий вектор скоростей описывает не только явления утилизации, но также перемеш,ения и синтеза компонент, необходимых для жизнедеятельности системы скорость утилизации кислорода и глюкозы в физиологических системах, скорость утилизации солнечной энергии в экосистемах скорость выделения углекислоты и тепла и скорость образования шлаков во всех типах биосистем. Все эти скорости заданы для кажого из компартментов биосистемы. [c.183]

Биосистема даже элементарной иерархии на основе внутренних закономерных процессов сама принимает решение какой результат нужен в тот или иной момент ее приспособительной деятельности. Эта функция системы осуществляется на стадии афферентного синтеза , который слагается из четырех решаюш их компонентов, подвергаемых обработке с одновременным взаимодействием на уровне отдельных нейронов. К ним относятся доминируюш ая на данный момент мотивация, обстановочная афферентация (также соответствуюш ая данному моменту), пусковая афферентация и память. Характерной чертой афферентного синтеза в масштабах нейрона является то, что рассматриваемый синтетический процесс совершается на основе центральной закономерности интегративной деятельности мозга — конвергенции возбуждений на одном и том же нейроне. [c.265]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология