Метаболические системы организмов

Разнообразие родов и видов бактерий обусловливает разнообразие путей метаболизма утилизируемых веществ. Определение какого-либо соединения в качестве неразлагаемого подразумевает прежде всего недостаток информации о микроорганизмах, способных использовать это соединение. Для повышения эффективности биодеградации целесообразно использовать смещанные культуры микроорганизмов. В то же время один и тот же организм способен деградировать сразу несколько близкородственных соединений. Процесс природной селекции подходящих микроорганизмов может быть дополнен искусственной селекцией, например, с использованием селекционного реактора. Эта система в процессе своего функционирования создает благоприятные условия для роста культуры, обладающей нужным набором метаболических активностей. Посевным материалом для реактора может быть биомасса активного ила с заводов по переработке городских отходов [21]. [c.133]

Человек живет на Земле не один, а в окружении множества других живых существ, и их метаболизм для нас жизненно важен. Фотосинтезирующие организмы используют энергию солнечного света и вырабатывают вещества, которые необходимы для человека, но не синтезируются в его организме. Микроорганизмы, получая энергию за счет различных реакций, разлагают сложные органические соединения до форм, которые могут затем использоваться растениями. В этой книге мы опишем химические реакции, протекающие в самых разнообразных живых системах. Наряду с метаболическими путями, общими для большинства организмов, будут рассмотрены и некоторые своеобразные, необычные процессы. [c.11]

МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ОРГАНИЗМОВ [c.313]

Железо функционирует как основной переносчик электронов в биологических реакциях окисления — восстановления [231]. Ионы железа, и Fe +, и Fe +, присутствуют в человеческом организме и, действуя как переносчики электронов, постоянно переходят из одного состояния окисления в другое. Это можно проиллюстрировать на примере цитохромов . Ионы железа также служат для транспорта и хранения молекулярного кислорода — функция, необходимая для жизнедеятельности всех позвоночных животных. В этой системе работает только Ре(П) [Fe(111)-гемоглобин не участвует в переносе кислорода]. Чтобы удовлетворить потребности метаболических процессов в кислороде, большинство животных имеет жидкость, циркулирующую по телу эта жидкость и переносит кислород, поглощая его из внешнего источника, в митохондрии тканей. Здесь он необходим для дыхательной цепи, чтобы обеспечивать окислительное фосфорилирование и производство АТР. Одиако растворимость кислорода в воде слишком низка для поддержания дыхания у живых существ. Поэтому в состав крови обычно входят белки, которые обратимо связывают кислород. Эти белковые молекулы способствуют проникновению кислорода в мышцы (ткани), а также могут служить хранилищем кислорода. [c.359]

В основу существования живых систем положено множество кислотно-основных реакций, и многие из этих реакций существенно зависят от pH раствора. Например, большинство ферментов эффективно функционируют лишь в узком диапазоне pH. Отклонение от этого диапазона существенно ингибирует метаболические реакции. Кровь человека имеет pH 7,4, а содержимое желудка pH 2. Таким образом, для живого организма важно не только регулировать его pH, но и поддерживать различные значения pH в различных частях его метаболической системы. Это достигается с помощью буферных растворов. Буферные растворы находят также широкое применение в химических экспериментах для поддержания постоянного pH в изучаемых системах (рН = —lg [Н+], аналогично тому как р/С=—lg ). [c.85]

Введение биологического элемента в эту систему взаимодействий н обратных связей не упрощает дела, но приближает нас к пониманию того, что в действительности происходит в природных средах. Если живые организмы образуют перифитон (это определяется природой организмов и условиями на поверхности раздела твердое тело/жидкость), то их метаболическая активность может усиливаться [2] и существенно влиять на процессы в такой системе. [c.431]

Важно отметить, что животные и растения нуждаются почти во всех известных науке витаминах и в большинстве случаев способны их синтезировать. Однако человек и ряд животных, по-видимому, утратили эту способность и теперь могут пополнять дефицит витаминов только за счет компонентов пищи. Существует предположение, что отсутствие у человека и животных способности синтезировать витамины возникло в процессе эволюции как результат своеобразной специализации и кооперирования в биогеоценозах. При эволюции гетеротрофных организмов, пища которых содержала готовые витамины и аминокислоты, отпала необходимость образовывать собственные ферменты для синтеза многих таких веществ, в результате соответствующие гены были утрачены или заблокированы. Благодаря этому были достигнуты значительное упрощение метаболической системы и экономия ресурсов клетки. Но одновременно возникла зависимость организма от внешних источников этих веществ, которые стали незаменимыми пищевыми факторами. Потеря способности синтезировать эти соединения была заменена пищевыми связями с участием растений и бактерий. Современные животные и человек унаследовали эту особенность обмена веществ у своих далеких предков. Некоторые микроорганизмы и низшие растения также нуждаются в определенных витаминах, служащих для них важнейшими факторами рос- [c.126]

На рис. 1.1 показана схема потоков энергии и информации в организме животного [216]. Энергетическая компонента организма обозначена как МС (метаболическая система), а управляющая часть представлена в виде блока регуляторных механизмов (генетическое и физиологическое управление) и блока эффекторов. Основным элементом схемы здесь является, безусловно, метаболическая система — совокупность процессов обмена веществ, происходящих в клетках животного организма. [c.17]

Одной из главных функций метаболической системы является снабжение систем и органов организма энергией. Ниже (разд. 1.4) мы приведем обычно даваемое определение метаболизма, а еще ниже —в разд. 6.4 и 6.7 —коснемся ряда важных свойств метаболических процессов. [c.18]

Не все механизмы, обеспечивающие регуляцию метаболизма глюкозы и липидов, уже известны. Ясно лишь, что в клетке имеется система связанных друг с другом регуляторных взаимодействий, позволяющих всему набору метаболических циклов по-разному реагировать на изменение условий. Ответная реакция организма всегда направлена не [c.516]

Темп утилизации кислорода в энергетической системе организма можно трактовать как первичный (именно он задается высшими координирующими центрами, когда животное переходит от одного режима функционирования к другому, и энергетические потребности меняются — см. рис. 1.2, в в общей схеме регуляции в организме животного). Темп поступления кислорода в метаболическую систему должен в среднем следить за заданным темпом утилизации, и темп поступления Ог можно считать вторичным. Темп возникновения СОг жестко связан с темпом потребления Ог и не зависит от физиологических механизмов регуляции. Поэтому и этот темп должен рассматриваться как первичный. Темп удаления СОг из организма, величина которого определяется физиологическими механизмами, является вторичным. Темпы теплопродукции при данном обмене веществ являются первичными, темпы теплоотдачи, находящиеся во власти физиологических регуляций, — вторичными. Величина вторичных темпов с помощью механизмов физиологической регуляции в организме должна поддерживаться на уровне первичных темпов. [c.180]

Поступающий в организм азот расходится по двум направлениям (рис. 12.1) всасывается в пищеварительном тракте и поступает в кровеносную систему (переваримый азот) или выбрасывается с фекалиями. С другой стороны, нормальное функционирование пищеварительной системы требует продуцирования белков (преимущественно ферментов и слизей пищеварительного тракта), которые входят в состав фекального (метаболического) азота. Этот азот, как правило, представлен небольшим количеством по сравнению с азотом, поступающим с пищей, которое зависит от свойств рациона, содержащего белок, и от физиологического состояния организма. Однако для упрощения [c.570]

Ляя их, и в свою очередь, зависит от функционального состояния организма. Все это в совокупности определяет жизнь лекарственного вещества в организме, эффективность его действия, побочное влияние на другие функциональные и метаболические системы в клетке. [c.155]

При эволюции гетеротрофных организмов, пища которых содержала готовые витамины, отпала необходимость синтезировать собственные ферменты для синтеза многих из этих веществ, и соответствующие гены были утрачены. При этом достигаются упрощение метаболической системы и экономия ресурсов клетки. Одновременно возникает зависимость организма от внешних источников этих веществ, которые становятся незаменимыми пищевыми факторами. [c.185]

Человеческий организм в среднем выделяет 10 кДж в день благодаря метаболическим процессам. Основной механизм потери этой энергии — испарение воды. Какую массу воды. должен ежедневно испарять организм для поддержания постоянной температуры Удельная теплота испарения воды - 2260 Дж-г . На сколько градусов повысилась бы температура тела, если бы организм был изолированной системой Примите, что средняя масса человека - [c.26]

Вклад этого излучения в энергетику процессов жизни очень мал и, видимо, в явлениях жизни несуществен, зато очень велик информационный вклад. Например, без ультрафиолетового сигнала деление клетки не может начаться. Такие излучения создают в структурно-метаболической системе биологическое информационное поле, которое и образует по еще неясным нам механизмам то единое целое, которое мы воспринимаем как живое (Кузин А.М. Роль природного радиоактивного фона и вторичного биогенного излучения в явлении жизни. М., 2002, с. 62). Поясню основную массу высокоэнергетических квантов, необходимую для жизни, организм черпает из природного радиоактивного фона (без которого жизнь невозможна), а друг от друга клетки получают специфические кванты-сигналы, обеспечивающие целостность процессов, которую со времен Гурвича описывают как поле. См. Доп. [c.216]

Буферные смеси щироко применяются в аналитической практике при стандартизации кислотности среды, в производстве. Такие растворы имеют очень важное физиологическое значение. Кровь человека имеет pH 7,4, а содержимое желудка pH 2. Таким образом, для живого организма важно не только регулировать его pH, но и поддерживать постоянным его различные яиачения в разных частях его метаболической системы. [c.42]

Кальциевый обмен самым тесным образом связан с метаболизмом фосфора в организме. В свою очередь фосфор, принимая участие в ряде метаболических процессов, фактически связан со всеми системами преобразования энергии в живой клетке. Фосфор попадает внутрь клетки в виде неорганического фосфата, оказавшись в клетке, он включается в различные органические соединения и в полифосфаты. Полифосфаты служат резервом и основным хранилищем фосфора в клетках, в которых протекает синтез нуклеиновых кислот и фосфолипидов, играя роль своеобразного метаболического буфера [960]. [c.496]

В биологии существование термодинамического сопряжения необходимо для обеспечения возможности использования живыми организмами энергии, выделяемой в реакциях клеточного метаболизма. Необратимые химические процессы в клетке являются причиной деградации энергии Гиббса системы в теплоту и приводят к диссипации (рассеянию) энергии. Однако наличие сопряжения таких химических процессов с реакциями ассими-дяции пищевых веществ в клетке частично предотвращает эти потери энергии и тем самым обеспечивает возможность развития или жизнедеятельности клетки и запасания энергии, выделенной в ходе самопроизвольных метаболических реакций, в форме химических связей И клеточных структур живого организма. При этом скорость общего изменения энтропии для сопряжен- [c.302]

Вся система биохимических процессов в клетке и в организме действует при обязательном участии белков. Белки-фермер<ты катализируют все химические процессы в клетке. Важнейшая функция белков — каталитическая, ферментативная. Ферменты являются необходимыми участниками биосинтеза белков, запрограммированного на генетическом уровне. Ферменты участвуют во всех этапах биосинтеза белка. Вместе с тем белки служат регуляторами генетической функции нуклеиновых кислот. Все метаболические процессы в клетке — ее питание и дыхание — катализируются ферментами, которые выполняют как каталитическую, так и регуляторную функции регуляторные ферменты, называемые аллостерическими (см. гл. 7), обеспечивают обратные связи в метаболических цепях. [c.176]

Исследования, проведенные в ряде стран, показали, что металлы, широко применяемые в промышленности и распространенные в окружающей среде, могут оказывать на организм человека не только токсикологическое, но и канцерогенное воздействие [935, 987]. К химическим канцерогенам относят такие металлы, как бериллий, хром, никель потенциальными канцерогенами являются кобальт, кадмий, свинец и некоторые другие металлы [931]. Понятие канцерогенность металла относится не к элементу как таковому, а к его определенному физико-химическому состоянию. Например, канцерогенность хрома может быть объяснена следующим образом. Этот элемент в виде хромат-аниона с помощью сульфатной транспортной системы проникает через клеточную мембрану, тогда как катион хром(П1) сквозь нее не проходит. Клеточная метаболическая система восстанавливает хромат до хрома(П1), который в отличие от оксоаниона хрома(VI) образует прочные комплексы внутри клетки с нуклеиновыми кислотами, протеинами и нуклеозидами, вызывая повреждения ДНК, которые в свою очередь ведут к мутации, а следовательно, и к развитию рака [931]. Согласно концепции Мартелла канцерогенность металла связана со степенью его электроположительности. Ионы электроположительных металлов образуют лабильные комплексы и большей частью не канцерогенны. Ионы же металлов с низкой электроположительностью образуют высококовалентные связи с донорными группами биолигандов и способны подвергаться только очень медленным обменным реакциям с другими лигандами, находящимися в биологических системах, что в конечном счете обусловливает канцерогенное действие этих катионов [931]. [c.500]

Катаболические пути — это процессы деградации, в ходе которых крупные органические молекулы, поступающие дасто в организм в качестве пищи, разрушаются (обычно в окислительных реакциях) до простых клеточных компонентов с одновременным выделением свободной химической энергии. Эта энергия используется затем организмом для поддержания жизнедеятельности, для роста и репликации, а также преобразуется в другие формы энергии — механическую, электрическую и тепловую. Анаболические пути — это процессы синтеза. В ходе этих процессов из относительно простых предшественников строятся сложные органические компоненты клетки синтез часто включает восстановительные этапы и сопровождается затратой свободной химической энергии. Изучение обмена веществ у самых различных организмов показало, что метаболические системы отличаются поразительной упорядоченностью и простотой, несмотря на широчайшее [c.272]

Температура оказывает на метаболические системы влияние двоякого рода. Прежде всего при изменении температуры изменяется общая интенсивность обмена веществ. А так как основные метаболические функции организма должны поддерживаться на уровне, который может колебаться лишь в определенных, более или менее узких пределах, ясно, что изменения температуры тела могут представить серьезную угрозу для выживания организма. Поэтому не удивительно, что многие эктотермные животные обладают выраженной способностью поддерживать более или менее постоянную интенсивность обмена, несмотря на изменения температуры внешней среды (и тела), часто очень большие. Мы называем эту форму метаболического гомеостаза компенсацией интенсивности метаболизма (metaboli rate ompensation). Биохимическим основам этой компенсаторной реакции будет посвящена значительная часть настоящего раздела. [c.242]

Обычно концентрация высокоэнергетической АТФ в ютетках значительно превышает сумму концентрации АМФ и, АДФ. Энергетический баланс системы равен 0,7—0,8. Такое состояние является физиологической нормой и поддерживается метаболическими процессами на постоянном уровне. Это означает, что системы организма функционируют с наименьшей затратой энергии, а скорость образования АТФ равна скорости ее использования. [c.60]

При лечении инфекционных заболеваний применяется п,елый ряд соединений, содержащих нитрогрунны. Эффект от использования препарата заключается обычио не в его влиянии на организм больного, а, скорее, в избирательном действии на находящихся в организме паразитов. Токсичность рассмотренных препаратов — понятие относительное они могут проявлять достаточно общую токсичность по отношению к метаболическим системам, которые в конце концов одинаковы даже у организмов, на первый взгляд совершенно различных. Решающими факторами, определяющими пригодность препарата для терапевтических целей, являются химические и физические свойства, которые могут практически совсем не зависеть от присутствия нитро- или нитрозогрупп. Часто чрезвычайно важными оказываются свойства, определяющие способность лекарственных препаратов проникать через мембраны такими свойствами являются константы диссоциации, полярность, гидрофильный или гидрофобный характер и др. Эти свойства могут, например, определять, будет ли препарат при данном pH проникать в организм кишечных паразитов и не всасываться через стенки кишок больного. [c.202]

В этой главе рассмотрены некоторые вопросы защитных реакций, которые имеют место при заражении растений патогенами. В иммунитете живых организмов задействованы многие метаболические системы. При этом стимулируется дыхание, идет синтез патогенезозависимых белков и образование лигнина при росте и развитии некрозов. Не последняя роль принадлежит таким метаболитам, как этилен и пероксидаза. Проявление вирусиндуцированной устойчивости сопровождается не только увеличением активности изопероксидаз, но и синтезом некоторых из них de novo. Все вместе составляет и определяет тот защитный механизм, контуры которого должны в результате усилий многих и многих исследователей дать ключ к пониманию сущности реакций, лежащих в основе выражения иммунного ответа растений. [c.42]

У растений нет специализированных органов иммунной системы (лимфоцитов и антител), но растительные клетки также способны распознавать свое и чужое и отторгать генетически чужеродное, что эволю-ционно не является для них нормой. Процесс обезвреживания и утилизации всего чуждого растительному организму является результатом сложного многоступенчатого течения физиолого-биохимических процессов. У растений существует определенная автономность органов, тканей и клеток, однако у них есть структурные и метаболические системы, координирующие взаимодействие отдельных частей растительного организма в целом. Немаловажную роль в этом играет фитоиммунологический контроль, который регулирует процессы, определяющие исход встречи хозяин—патоген. [c.94]

Между способностью осуществлять сверхсинтез веществ, связанных с функционированием универсальных метаболических систем, и таксономическим положением организма коррелятивной связи нет. В принципе любой участок метаболической системы микробной клетки, любой комплекс ферментов могут служить практическим целям [Скрябин, Головлева, 1976]. Но чтобы этого достичь, необходимо оперативное вмешательство в жизнь клетки. В результате легкого химического или ферментативного гидролиза биомассы водородных бактерий могут быть получены различные аминокислоты — лизин, триптофан, лейцин, метионин и др. Этот метод не имеет пока промышленного значения, главным образом из-за дефицита белкового Сырья. Сверхсинтетиками аминокислот, поступающих в среду. Как правило, служат ауксотрофные мутанты различных видов [c.135]

У аэробных организмов от простейших до млекопитающих монооксид азота, анион-радикал кислорода, пероксид водорода и другие биорадикалы являются обычными метаболитами, образующимися в нормально функционирующих клетках. Существующие пути образования биорадикалов можно разделить на две группы физиологически значимые пути и нефизиологические пути. В первом случае биорадикалы являются рабочим элементом той или иной функциональной системы организма, например неспецифического иммунитета или гуморальной сигнализации, и выполняют конкретную физиологическую функцию. Процесс их образования, как правило, ферментативный, тонко регулируется, а продукция осуществляется в количествах, необходимых для реализации соответствующей функции. Нефизиологическое образо-в 1ние биорадикалов часто представляет собой неферментативный процесс, однако может полностью или частично катализироваться рядом оксидоредуктаз как интактных, так и патологически модифицированных. Образующиеся в этих процессах биорадикалы в лучшем случае являются малотоксичными побочными продуктами метаболических и биоэнергетических процессов, в худшем, чрезвычайно опасными агентами, требующими немедленной детоксикации. [c.20]

Рис. 1.1. Схема потоков энергии и информации н организме животного. МС—метаболическая система, Р —регуляторные механизмы, включающие элементы генетического и физиологического управления. Все части организма потребляют метаболическую энергию, поставляемую МС. Целью управления является поддержание стационарного неравновесия в энергетической системе органлзма и сохранение ее структуры.

Не менее важное значение для оценки потенциальной опасности профессиональных ядов имеет величина растворимости вещества в масле. Вещества с высокой растворимостью в жирах (высоким значением коэффициента Овертона— Мейера) могут накапливаться в жировых депо, постепенно поступать из них в кровь либо подвергаться в. жировой ткани метаболическим превращениям (И. Д. Гадаскина, 1970). Подобные вещества потенциально опасны для развития хронического отравления. Система неэлектролитов (Н. В. Лазарев, 1944), состоящая из 9 групп и основанная на физико-химических свойствах веществ, позволяет предвидеть скорость насыщения и выделения яда из организма, а отсюда степень его потенциальной опасности. [c.62]

Особенно явно метаболический ацидоз проявляется у больных тяжелой формой диабета и не получающих инсулина. Увеличение кислотности обусловлено поступлением в кровь больших количеств кетоновых тел. В ответ на постоянную выработку кетоновых тел ( 3-оксимасляной и ацетоуксусной кислот) в организме компенсаторно снижается концентрация Н2СО3—донора протонов в бикарбонатной буферной системе. Снижение концентрации Н СОз достигается в результате ускоренного выделения СО, легкими (напомним, что Н,СОз обратимо диссоциирует на СО, и Н,0). Однако при тяжелом диабете для компенсации ацидоза легкие должны выделять настолько большие количества СО,, что концентрация Н,СОз и НСО3 становится крайне низкой и буферная емкость крови значительно уменьшается. Все это приводит к неблагоприятным для организма последствиям. Нри метаболическом ацидозе кислотность мочи и концентрация аммиака в моче увеличены. [c.590]

Для реализации биосинтеза и метаболизма необходима энергия, запасаемая в клетках в химической форме, главным образом в экзергонических третьей и второй фосфатной связи АТФ. Соответственно метаболические биоэнергетические процессы имеют своим результатом зарядку аккумулятора — синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата. Это происходит в процессах дыхания и фотосинтеза. Современные организмы несут память об эволюции, начавшейся около 3,5 10 лет назад. Имеются веские основания считать, что жизнь на Земле возникла в отсутствие свободного кислорода (см. 17.2). Метаболические процессы, протекающие при участии кислорода (прежде всего окислительное фосфорилирование при дыхании), относительно немногочисленны и эволюционно являются более поздними, чем анаэробные процессы. В отсутствие кислорода невозможно полное сгорание (окисление) органических молекул пищевых веществ. Тем не менее, как это показывают свойства ныне существующих анаэробных клеток, и в них необходимая для жизни энергия получается в ходе окислительно-восстановительных процессов. В аэробных системах конечным акцептором (т. е. окислителем) водорода служит Ог, в анаэробных — другие вещества. Окисление без Oj реализуется в двух путях брожения — в гликолизе и в спиртовом брожении. Гликолиз состоит в многостадийном расщеплении гексоз (например, глюкозы) вплоть до двух молекул пирувата (пировиноградной кислоты), содержащих по три атома углерода. На этом, пути две молекулы НАД восстанавливаются до НАД.Н и две молекулы АДФ фосфоршгируются— получаются две молекулы АТФ. Вследствие обратной реакции [c.52]

С помощью перорального введения аттенуированных штаммов Salmonella можно осуществлять доставку в организм хозяина многих бактериальных, вирусных и паразитарных антигенов. Большую роль при этом играет выбор промотора, контролирующего транскрипцию чужеродного гена. Если используется слишком сильный промотор, может возникнуть метаболическая перегрузка , сдерживающая пролиферацию бактерий. В отличие от ферментера, организм жи-вотного-хозяина не является замкнутой системой, и экспрессию чужеродного гена нельзя регулировать изменением температуры или добавлением специфических метаболитов. Регуля- [c.243]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология