Энергии изменения в живых клетках

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ. Совокупность биохимических реакций, лежащих в основе жизнедеятельности организмов. Биологический обмен веществ представляет собой процессы превращения веществ внешней среды в вещества живого организма и обратные превращения веществ организма в вещества внешней среды. С другой стороны, это процессы, происходящие внутри организма, в отдельных частях, органах и тканях, и, наконец, процессы превращения веществ в клетке и в отдельных клеточных структурах. Без непрерывного взаимодействия организма с внешней средой, без обмена веществ не может быть жизни. Обмен веществ неразрывно связан с обменом энергии. Важнейшую сторону обмена веществ составляют биохимические процессы, и выяснение химизма отдельных звеньев обмена веществ является одним из путей познания жизни. Благодаря крупным успехам биохимии к настоящему времени в основном раскрыт химизм таких кардинальных звеньев обмена веществ, как дыхание и брожение, фотосинтез, обмен азотистых соединений, жиров, углеводов и органических кислот и многие другие процессы. Выяснено также влияние многих внешних и внутренних факторов на интенсивность и направленность отдельных звеньев обмена веществ, что позволяет путем изменения внешних условий изменять обмен веществ микроорганизмов, растений и животных в желаемом для человека направлении. Процессы обмена веществ делятся на две группы — катаболизм и анаболизм. Катаболизм — это процессы, при которых происходит распад, расщепление сложных органических соединений до белее простых (например, распад белков до аминокислот, крахмала до глюкозы, сахаров до углекислоты и воды т. д.). Анаболизм — это синтетические процессы, при которых образуются более сложные соединения из более простых. При катаболизме происходит выделение энергии, а при анаболизме ее поглощение. Всякое усиление синтетических процессов в организме неизбежно сопровождается усилением процессов распада веществ. [c.204]

В основе несколько иного подхода, развиваемого Мак-Кларом [27— 29], лежит представление о том, что второй закон термодинамики не является, как это обычно считают, статистическим. Если его соответствующим образом сформулировать, он может быть применим и к бактериям, обладающим единственной молекулой ДНК. Следовательно, классическая термодинамика применима и к живым клеткам. Автор указывает, что характерной особенностью живых организмов, отличающей их от систем, которыми обычно занимается термодинамика, яв-ляется то, что все реакции в них протекают очень быстро. Например, в случае превращения внутримолекулярной энергии в мышцах в механическую энергию очень важно, чтобы процесс совершался достаточно быстро и энергия не успевала рассеиваться в виде тепла. Мак-Клар> полагает, что для метаболических реакций большее значение имеет изменение энтальпии, нежели свободной энергии или энтропии. [c.233]

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]

Наиболее распространенный метод поиска микроорганизмов-деструкторов органических соединений сводится к тому, что определенную экологическую систему (ил, почву) обрабатывают некоторое время водой, содержащей в возрастающей концентрации вещество, которое необходимо разрушить, а затем из такой культуры накопления выделяют микроорганизмы, способные использовать это соединение как единственный источник энергии, углерода, азота и т. д. Такой метод нельзя считать целесообразным. И не только потому, что он чисто эмпирический. Его использование не гарантирует отбора действительно наилучшего микроба-деструктора, хотя выбор производится из чрезвычайно широкого круга организмов ири этом выделяется микроорганизм, который именно в данных условиях скрининга разрушает то или иное вещество. Даже при незначительных изменениях реакции среды, аэрации, температуры и т. п. может доминировать и выделиться другой микроорганизм. Научный подход к выбору микроорганизмов-деструкторов должен базироваться на детальном изучении физиологии и биохимии микробных культур, а также путей деструкции органических веществ в живой клетке. Голько на основании таких знаний можно сознательно подбирать микробы, способные обезвреживать определенные соединения, или установить наличие органических веществ, которые могут быть разрушены отдельной группой микроорганизмов. [c.147]

Нам остается отметить еще одно очень важное обстоятельство, имеющее отношение к изменениям свободной энергии при биохимических реакциях. Хотя при стандартных условиях величина AG° гидролиза АТР равна — 7,3 ккал/моль, истинное изменение свободной энергии гидролиза АТР в интактных клетках сушественно отличается от этой величины. Объясняется это тем, что концентрации АТР, ADP и Р в живых клетках, во-первых, неодинаковы и, во-вторых, намного ниже стандартных концентраций [c.418]

Вирус лишен возможности обеспечить свое существование, так как у него нет собственных источников энергии и он совершенно не способен перерабатывать и усваивать пищу. Вирус — паразит в живой клетке. Нуклеиновая кислота вируса, попадая в растительную клетку, заставляет ее работать на себя . При этом наблюдается торможение химических процессов, протекающих в нормальной клетке, усиливаются химические процессы, необходимые для размножения вируса. В это время он обнаруживает два важнейших свойства живых существ он воспроизводит себе подобных и в процессе этого воспроизведения становится способным к устойчивым наследственным изменениям, или мутациям. [c.42]

Предлагаемый вниманию читателя учебник написан известным американским биохимиком Д. Мецлером. Автор поставил перед собой цель дать анализ структур, функций и процессов, характерных для живой клетки, с позиций современной биоорганической химии и молекулярной физики. Он концентрирует внимание на всестороннем рассмотрении протекающих в клетках химических реакций, на ферментах, катализирующих эти реакции, основных принципах обмена веществ и энергии. Впервые приведена классификация химических механизмов ферментативных реакций (нуклеофильное замещение, реакции присоединения, реакции элиминирования, реакции изомеризации и др.). В этом наиболее наглядно проявилась особенность рассмотрения биохимических проблем с позиций биоорганика. Обстоятельно изложены многие вопросы, которым прежде не уделяли должного внимания в курсе биохимии. Это касается в частности количественной оценки сил межмолекулярно-го взаимодействия, принципов упаковки молекул в надмолекулярных структурах (самосборка), кооперативных структурных изменений макромолекул и их комплексов. Приведены основные сведения о структуре и функциях клеточных мембран, об антигенах и рецепторах клеточных поверхностей. Весьма подробно рассмотрены также вопросы фотосинтеза, зрения и ряда других биологических процессов, связанных с поглощением света при этом охарактеризована природа некоторых физических явлений, наблюдаемых при взаимодействии света и вещества. [c.5]

В живых клетках, однако, окисляется не молекулярный свободный водород, а водород, связанный с пиридиновыми коферментами, которые отбирают его от субстратов биологического окисления, т. е. глюкозы, аминокислот, жирных кислот и т. п. О-в потенциал системы НАД/НАД-Нг (см. табл. 13) составляет при pH 7 — 0,32 в. Разность потенциалов между этой системой и системой 7г 0г/0 (о-в + 0,81) составляет 1,13 в. Такому потенциалу соответствует изменение свободной энергии АС° = —52 ккал/моль нуклеотида. Это то количество энергии, которое можно теоретически получить при окислении [c.261]

В чем коренная причина этой разницы. Почему живой организм, живая клетка могут осуществлять путем сравнительно небольшой затраты энергии такие химические реакции, которые в технике требуют огромных затрат Так как мы отвергаем какие-либо виталистические объяснения, то единственная рабочая гипотеза для объяснения этого явления заключается в том, что живая клетка обладает способностью использовать энергию, которая освобождается в процессе реакции, использовать эту энергию ранее, чем она превратится в тепло, использовать ее как концентрированную химическую энергию, дающую возможность осуществлять реакции, которые в технике требуют очень высокого напряжения. Вот эта коренная проблема, интересующая и биологию, и биохимию, и физическую химию, меня давно волновала и интересовала, и в качестве подхода к ней я остановился на процессе связывания азота. Почему именно на этом процессе Все сведения, которые имеются в настоящее время, указывают на то, что в живых клетках фактором, обусловливающим энергетические изменения, является не сама клетка, как единое живое целое, а те ферменты, или биокатализаторы, которые ускоряют химические реакции клетки. Поэтому представлялось интересным выделить из бактерии те активные ферменты, благодаря изучению которых можно было бы получить сведения о химических и физико-химических процессах, происходящих при связывании азота. Кроме того, конечно, определяющим фактором являлась и практическая сторона этого процесса. [c.137]

Благодаря своей большой энергии лучи радиоактивных веществ вызывают химические изменения веществ, через которые они проходят. Первоначально образующиеся ионы превращаются в свободные радикалы (см. стр. 287), которые различным образом становятся устойчивыми. Стекла, содержащие марганец, окрашиваются в фиолетовый цвет, а содержащие железо — в коричневый. Со временем темнеет и бромид радия, начиная одновременно слабо светиться. Кислород при облучении лучами радия частично превращается в озон, а водород активируется до такого состояния, что может взаимодействовать на холоду с различными веществами, например с S, As и Р, образуя H2S, АзНз и РНз (образование свободных атомов). Пары воды разлагаются на Нг и Оо, а органические вещества за короткое время разрушаются. Радиоактивное излучение обладает, естественно, сильным действием на организмы, убивая клетки, в которые оно проникает. Поэтому работа с радиоактивными веществами требует специальных мер предосторожности. Такое действие на живые клетки используют для лечения рака — болезни, которая проявляется в аномальном развитии некоторых тканей организма. Клетки этих тканей более чувствительны по отношению к излучениям радиоактивных веществ, чем нормальные клетки организма, и, следовательно, селективно разрушаются при облучении, которое, естественно, необходимо дозировать весьма тщательно. [c.745]

Окисление органических веществ в живом организме может осуществляться либо путем присоединения к окисляемому субстрату кислорода, либо дегидрирования, либо отдачи электронов. В клетках тканей растений и животных наблюдаются все перечисленные типы окислительных реакций, катализируемых соответствующими ферментами. Однако окисление органических субстратов сводится в конечном счете к окислению водорода органического вещества до воды. Выделение углекислоты, так же как и освобождение энерг и при дыхании, происходит в результате тех изменений, которые претерпевают молекулы органических веществ при дегидрировании. [c.181]

Из последнего уравнения видно, что уменьшение свободной энергии при постоянной температуре и постоянном давлении равно общей работе, которую может совершить система, за вычетом ЯАУ. Работа, обозначаемая —АО, которую часто называют чистой работой или полезной работой, может быть химической, электрической, фотохимической или осмотической. К ней не относится работа расширения газа против постоянного дав- ления, за исключением случаев, когда этот вид работы используется полезным образом. Примером такой непродуктивной работы РАУ может служить расширение нагреваемого воздуха. В живых системах вопрос о полезной работе, сопровождающейся изменением свободной энергии, имеет особо важное значение, поскольку растительные и животные клетки совершают механическую работу, необходимую для поддержания жизни, не. за счет поглощения тепла из внешней среды. В случае теплокровных животных совершение работы при постоянной температуре за счет поглощения тепла просто запреш,ено вторым законом. Работа клеток зависит от химической энергии, получаемой ими из питательных веществ этот вид работы может осуществляться, очевидно, за счет изменения свободной энергии АС. Рис. 2.11 иллюстрирует некоторые виды полезной работы, с которыми мы сталкиваемся, изучая живые организмы. [c.107]

Продукты переваривания являются поступающим из внешней среды исходным материалом для обмена веществ. Под последним термином подразумеваются все превращения, в том числе и химические, происходящие в клетках и тканях живого организма. Эти изменения могут выражаться или в химическом упрощении исходного вещества (катаболизм), или в увеличении его сложности (анаболизм) синтетическим путем. Первые связаны -с освобождением энергии, вторые—с поглощением свободной энергии. [c.362]

Многие реакции живых организмов на давление объясняются изменениями скоростей биохимических реакций под влиянием этого фактора, а не его воздействием на. процессы равновесия. Живые организмы никогда не находятся в состоянии термодинамического равновесия, и между клеткой и окружающей ее средой происходит постоянный обмен энергии и различных веществ. Более того, все внутриклеточные биохимические реакции в совокупности взаимосвязаны между собой сложным образом, так что каждая реакция в какой-то степени зависит от любой другой реакции. Вот почему влияние давления на скорости внутриклеточных реакций носит весьма сложный характер, и во многих случаях попытки рассматривать действие давления на какую-то отдельную реакцию могут привести к ошибочным представлениям. [c.140]

При этой реакции изменение гельмгольцевой энергии в живой клетке доходит до АЛ. = 50 кДж/моль, причем эта энергия может непосредственно (минуя переход в теплоту) переходить в механическую работу против внешних сил. [c.68]

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]

Метаболизм и метаболические пути. Как во время роста, так и в состоянии покоя вегетативные клетки нуждаются в постоянном притоке энергии. Живая клетка лредставля ет собой высокоорганизованную материю. Энергия необходима не только для создания такой организации, но и для ее поддержания. Эту энергию организм получает в процессе обмена веществ, или метаболизма, т.е. путем регулируемых превращений, которым различные вещества подвергаются внутри клеток. Источниками энергии служат питательные вещества, поступающие из внешней среды. В клетках эти вещества претерпевают ряд изменений в результате последовательных ферментативных реакций, образующих этапы определенных метаболических путей. Такие пути выполняют две главные функции они, во-первых, поставляют материалы-предшествен-ники для построения клеточных компонентов и, во-вторых, обеспечивают энергию для клеточных синтезов и других процессов, требующих затраты энергии. [c.214]

Вследствие тесной связи, существующей между флуоресценцией и сенсибилизацией (см. т. I, гл. ХУШ и XIX, и т. II, гл. XXIII), исследование флуоресценции хлорофилла в живых растениях может привести к значительным успехам в понимании механизма фотока-талитического действия этого пигмента в фотосинтезе. Флуоресценция является таким свойством хлорофилла, которое может наблюдаться (и уже наблюдалось) одновременно с измерениями фотосинтетической активности. Измеряя выход флуоресценции, можно получить представление об обмене энергии и процессах рассеяния энергии в фотосинтезирующих клетках, без нарушения их жизненных процессов. До сих пор еще никем не изучались изменения, происходящие в спектре флуоресценции (или в спектре поглощения) хлорофилла во время фотосинтеза однако в будущем такого рода исследования могут также оказаться выполнимыми и весьма плодотворными. [c.216]

О наличии того или иного типа фотофосфорилирования in vivo судят большей частью не прямым определением изменений в содержании АТФ в клетках, что трудно сделать в живой клетке ввиду быстрого обмена этого богатого энергией соединения, а косвенными путями. ипределяют на свету при.выключении того или иного пути переноса электронов действием специфических ингибиторов усиление и1 генсивности процессов, требукщих для своего осуществления затраты энергии. [c.221]

С точки зрения термодинамики живые клетки представляют собой открытые системы. Как указывалось выше, открытой называется система, которая обменивается с внешней средой материей и энергией. Основопологающие термодинамические уравнения, написанные нами для закрытых систем, должны быть в этом случае модифицированы, в них необходимо ввести члены, отражающие изменения массы системы. Дифференциальные уравнения для термодинамических функций Е, Н н О будут иметь следующий вид [c.125]

Из приведенных уравнений следует, что в зависимости от того, какие величины остаются постоянными, химический потенциал представляет собой парциальную молярную внутреннюю энергию, энтальпию или свободную энергию. Поскольку химические процессы в живых клетках и в большинстве экспериментальных систем in vitro протекают при постоянной температуре и при постоянном давлении, наиболее полезным является определение химического потенциала как парциальной молярной свободной энергии. Мы можем рассматривать химический потенциал либо как фактор интенсивности химической энергии, как это указано в табл. 1.3, либо как скорость, что следует из уравнений (3.4) и (3.5). Оба представления важны в равной степени. Для макроскопического изменения имеем [c.127]

Электромагн. излучения еще более высокой энергии (рентгеновское и у-излуче-ние) способны ионизовать в-во. Ионизация происходит случайным образом, поэтому молекулы, являющиеся наяб. распространенными в объекте, больще других подвергаются ионизации. При облучении живой материи, на 70-90% состоящей из воды, б. ч. энергии будет поглощена молекулами воды и поэтому мутагенный эффект при действии этих агентов возникает гл. обр. вследствие модификации ДНК продуктами радиолиза воды. Наиб, вклад в развитие радиац. поражения ДНК вносит радикал ОН . При взаимод. с ДНК 80% всех радикалов ОН атакуют основания ДНК, остальные-дезоксирибозную часть молекулы. Возникающие первичные продукты затем вступают в разнообразные вторичные р-ции как с теми же продуктами радиолиза воды, так и с кислородом, белками, низкомол. компонентами клетки, а также подвергаются диспропорционированию, изомеризации, гидролизу. Возникает широкий спектр разнообразных изменений первичной и вторичной структуры ДНК измененные основания, апури-новые я апиримидиновые сайты (участки с удаленными основаниями), разрывы связей в дезоксирибозе, одно- и двунитевые разрывы цепей ДНК. Точная роль каждого из возникающих повреждений структуры ДНК в формировании мутагенного эффекта все еще остается невыясненной. Предполагают, что ключевую роль в этом процессе играют продукты радиолиза тимина. [c.153]

Остаток 1 переносится на гидроксил воды, а водород воды — на остаток 2 общее изменение свободной энергии этой реакции составляет ДР=—3,6 ккал моль (15,1 кдж/моль). Напомним, что гидролиз эфирной связи жиров протекает с уменьшением свободной энергии ДР= —2,5 ккал/моль (10,5 кдж/моль), гидролиз глю-козидной связи крахмала или гликогена АР=—4,3 ккал/моль (18 кдж/моль). Однако имеются соединения, при гидролизе которых выделяется до 10—12 ккал/моль (42—50,4 кдж/моль). Такие соединения принято называть макроэргическими. Макроэргиче-ские соединения, наиболее часто встречающиеся в живой клетке, являются фосфорными производными. Из них к наиболее важным соединениям следует отнести аденозиитрифосфорную кислоту (АТФ). Фосфорные связи макроэргических соединений, которые обеспечивают высокую свободную энергию гидролиза, обознача- [c.236]

А. Может показаться, что предполагаемое возрастание упорядоченности в ходе химической эволюции противоречит законам термодинамики, которые требуют, чтобы любые процессы, происходящие в природе, вели к разупорядочепию [Ц.Если в результате какого-то одного события степень упорядоченности возрастает, то это достигается за счет того, что в результате другого события возрастает степень беспорядка, т. е. энтропия. То, что в случае обсуждавшихся нами реакций дело обстоит именно так, быть может, ие сразу бросается в глаза. (Многие годы считалось, что возникновение живых организмов явилось результатом маловероятных, случайных событий, и в основе этого убеждения лежала эта ложно понятая проблема энтропии. Однако в классической термодинамике речь идет о замкнутой системе, а живые клетки — это системы открытые, ибо они взаимодействуют с окружающей средой, обмениваясь с ней массой и энергией. На основании идей Онзагера, Пригожина и других эта проблема предстала ныне перед нами в другом свете, а именно замкнутые системы стремятся достигнуть состояния с максимальной энтропией, а открытые — состояния, при котором изменения энтропии на каком-либо частном уровне минимальны. [c.308]

Использовать живую клетку для получения фотоводорода и] изменении внешних условий заманчиво, но не менее интересно д полнить фотосинтезирующий механизм растения аппаратом, и пользующим часть энергии фотосинтеза с тем, чтобы растен могло нормально существовать, производя одновременно требу мый энергоноситель. Идея такого направленного изменения по сказана самой природой у ряда растений под воздействием се ретов, выделяемых насекомыми, или под воздействием бактер] происходит видоизменение тканей и образуются вздутия — так н зываемые галлы, в которых поселяются организмы—галлообраз ватели. В галлах происходит процесс изменения природы ткане и процесс фотосинтеза как бы поворачивает вспять образованн одной частью растения углеводы здесь разлагаются с выделение нужных Организмам-паразитам водорода или метана. Этот пр цесс описывается следующим образом (см., например, [6]) [c.208]

В заключение укажем, что живая клетка располагает двумя формами унифицированной энергии — химической (АТФ) и физической (электрической), или мембранный потенциан (А(хЯ). Обе формы энергии обеспечивают векторный характер обменных процессов в клетке и в целом растительном организме. Превращения и количественные изменения их детально рассматриваются в разделах Фотосинтез , и Дыхание растений . [c.29]

Живая клетка — это открытая система, постоянно обменивающаяся веществом и энергией с окрулсающей Средой. Оставаясь термодинамически открытой системой, клетка стремится сохранить неизменным свой внутренний состав. В многоклеточном организме происходит специализация функций. При этом клетка приобретает способность реагировать изменением функциональной активности и метаболизма не только на факторы окружающей среды, но и на изменения, происходящие в других клетках организма. [c.5]

Для того чтобы можно было наилучщнм образом (наиболее полно) использовать энергию, выделяющуюся при окислении глюкозы, процесс окисления глюкозы должен быть разделен на возможно большее число менее крупных стадий каждая из этих стадий должна сопровождаться изменением свободной энергии, немного превышающим 12 000 кал/моль, т. е. изменение свободной энергии должно быть достаточным для осуществления синтеза АТР. В живых клетках на одну молекулу полностью окисленной глюкозы синтезируется 38 молекул АТР. [c.328]

Такие изменения могут происходить в живой клетке спонтанно, т. е. в результате локальных флюктуаций тепловой энергии, а также под действием фонового излучения (в том числе космического) и некоторых веществ, попадающих в организм из среды. Наиболее часто при этом происходит гидролитическое отщепление пуриновых оснований (депуринизация ДНК). В результате депуринизации из [c.155]

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]

Никакой, даже самый примитивный, из известных в настоящее время живых организмов в сколь угодно стабильных внешних условиях не мог бы функционировать, если бы в нем одновременно и несбалансированно протекали. все запрограммированные биохимические процессы - транскрибировались все гены, транслировались все образовавшиеся информационные РНК, шли с нерегулируемой скоростью все присущие этому организму процессы синтеза и деградации низкомолекулярных соединений и биополимеров. Ясно, например, что интенсивность биосинтеза нуклеотидов и незаменимых аминокислот должна быть скоординирована с интенсивностью биосинтеза нуклеиновых кислот и белков, поскольку в противном случае бесполезно растрачивались бы необходимые для производства этих мономеров сырьевые и энергетические ресурсы клеток. На самом деле живые организмы живут в непрерывно меняющихся внешних условиях и должны, кроме того, реагировать на изменения, происходящие в окружающей их среде. Так, появление в среде, на которой выращиваются бактерии, какой-либо дефицитной аминокислоты должно сопровождаться снижением уровня ее биосинтеза клетками. Появление в среде нетипичного источника углерода и энергии должно стимулировать процессы, связанные с доставкой такого вещества в клетки и его усвоением. Даже цростейшие одноклеточные организмы должны располагать регуляторными механизмами, позволяющими в определенном диапазоне нивелировать действие возникающих в окружающей среде неблагоприятных внешних химических и физических факторов, таких, как появление агрессивных химических веществ, повышение температуры, интенсивное УФ-излучение. [c.419]

Многообразие обменных процессов, необходимых для синтеза различных веществ и роста клеток, требует их хорошей координации. Каждый метаболический путь включает несколько ферментативных реакций. Процессы метаболизма обеспечивают получение энергии в биологически доступной форме, синтез простых структурных компонентов и сложных макромолекул, а также редупликацию клетки. Необходимость вьщержать конкуренцию с другими живыми существами привела к развитию механизмов, которые, с одной стороны, дают возможность приспосабливаться к меняющимся условиям внешней среды, а с другой-оптимально согласовывают между собой различные метаболические процессы. Объектами такой оптимизации могут быть ферментные белки, их синтез и функционирование. Регуляция клеточного метаболизма происходит на двух уровнях-на уровне синтеза ферментов и на уровне изменения их активности. [c.472]

Фотохимические реакции. Фотохимическими реакциями называют те реакции, которые возникают или ускоряются под действием света. Среди фотохимических реакций имеются реакции синтеза, разложения, восстановления, гидролиза, полимеризации, а также внутримолекулярные перегруппировки и аллотропные изменения. Исключительное значение фотохимические реакции имеют в биологии, так как синтез вещества живых организмов начинается с фотохимического процесса ассимиляции углекислого газа зелеными растениями, содержащими в клетках листьев хлорофилловый аппарат, обеспечивающий образование углеводов из углекислого газа и воды. Для того чтобы энергия света могла активировать молекулы и таким образом вызывать химические реакции, необходимо, чтобы свет поглощался данным соединением (закон Гроттгуса — Дрейпера). Квантовая природа света, открытая М. Планком в 1900 г., привела И. Штарка и А. Эйнштейна к формулировке второго закона фотохимии, согласно которому превращение одной молекулы требует поглощения одного кванта света. Квантовым выходом называют отношение числа молекул, прореагировавших в фотохимической реакции, к числу поглощенных квантов, т. е. величину [c.297]

Защита живых систем от ионизирующей радиации впервые показана Patt и Ba q на мышах. Потом этот эффект обнаружили на всех уровнях биологической организации. Биологические данные согласуются с гипотезой, что химическая защита осуществляется на стадии первичного химического повреждения. Это значит, что защитное вещество увеличивает дозу, необходимую для достижения такого уровня радиационно-химических изменений, который нужен для инъицирования длинной цепи событий, приводящих к наблюдаемым биологическим конечным эффектам. Во влажных системах, таких, как растущие клетки, первичное химическое повреждение завершается в течение долей секунды после поглощения энергии. В относительно сухих системах (например, в семенах и в головках спермиев рыбы) стерические факторы предотвращают быстрое взаимодействие свободных радикалов и химические изменения, составляющие первичное повреждение, могут остаться незавершенными в течение достаточно длительного периода времени. Этс [c.293]

Обилий энергообмен земных организмов можно упрош енно представить как образование в фотосинтезе сложных молекул углеводов из СОг и ПгО с после-дуюш ей деградацией продуктов фотосинтеза в процессах дыхания. Именно этот энергообмен обеспечивает суш ествование и развитие как отдельных организмов — звеньев в круговороте энергии, так и в жизни на Земле в целом. С этой точки зрения, уменьшение энтропии живых систем в процессах их жизнедеятельности обусловлено в конечном итоге поглош ением квантов света фотосинтезируюш ими организмами, что, однако, с избытком компенсируется образованием положительной энтропии в ядерных реакциях на Солнце. Этот принцип относится и к отдельным организмам, для которых поступление извне питательных веш еств, несуш их приток отрицательной энтропии, всегда сопряжено с продуцированием положительной энтропии при их образовании в других участках внешней среды, так что суммарное изменение энтропии в системе организм - - внешняя среда всегда положительно. Точно так же уменьшение энтропии в части клетки, где идет биохимический синтез, происходит за счет избыточного увеличения энтропии в других частях организма или среды. [c.125]

Современная биология достигла значительных успехов в познании многообразных проявлений живого фундаментальных основ, общих закономерностей организации и эволюции жизни на Земле. Дальнейший прогресс науки о жизни требует не только все более глубокого проникновения в сущность процессов взаимодействия вещества и энергии, но и исследования информационных взаимодействий в биологических системах. Основоположник этого нового направления в изучении свойств живого А. Г. Гурвич но азал возможность передачи информации из одной клетки в другую фотонами электромагнитного поля н высказал гипотезу о существовании в живых системах полей, которые он назвал биологическими . К сожалению, это направление в наше время развивается недостаточно интенсивно. Проблемы передачи биологической информации, записи и хранения ее как в клетках, таки мея ду клетками и органами в настоящее время приобретают первостепенное значение. Управление известными обменно-трофическими процессами, преобладающими как внутри клеток, так и в целом организме животных и человека, невозможно объяснить только нейрогормональными и гуморальными (биохимическими), а также известными биофизическими факторами (изменение различных потенциалов, градиентов и др.). Необходимы поиски иных, более эффективных каналов связи. Вместе с тем егце в ранних работах отечественных ученых (А. Г. Гурвич, Э. С. Бауэр, В. И. 13ериад-ский, А. Л. Чижевский и др.) обоснованно поднимались вопросы термодинамической характеристики процессов жизни, предпринимались попытки изучения информационных механизмов, специфически присущих жизненным явлениям. Факт существования сверхслабого электромагнитного излучения в настоящее время общепризнан и экспериментально обнаружен у всех исследованных клеток растений и животных. Как оказалось, так называемое спонтанное свечение биологических объектов является универсальным свойством живых клеток [Тарусов, 4965 Журавлев и др., 1961, 1975 Мамедов, 1976 Баренбойм, 1966 Владимиров, 1966 Марченко, 1973 Коиев, 1965 Рорр, 1979]. Дискуссионным остается положение о сигнальной функции этого излучения. [c.3]

Прохождение через вещество фотонов рентгеновского или 7 излучения, потока нейтронов, электронов или ускоренных ядер элементов может привести поглощению части энергии этим веществом. При облучении живой материи мы наблюдаем определенные биологические последствия радиационного воздействия. Тестируемый биологический эффект — результат поглощения энергии излучения атомами и молекулами, составляющими клетки и ткани. Иначе говоря, в радиобиологии выполняется общий принцип Гроттгуса, согласно которому только та часть энергии излучения может вызвать изменения в веществе, которая поглощается этим веществом отраженная или проходящая энергия не оказывает никакого действия. [c.16]

На всех уровнях жизни проявляются ее основные атрибуты дискретность и целостность, структурная организация (упорядоченность), обмен веществ и энергии и т. д. Характер проявления основных свойств жизни на каждом из уровней имеет свои качественные особенности, свою упорядоченность. Как известно, в результате обмена веществ и энергии устанав-1ивается единство живого и среды, но понятие среды для различных уровней будет различно. Для дискретных единиц молекулярного и над-" чолекулярного (субклеточного) уровней окружающей средой является 4иутреиняя среда клетки, для клеток, тканей и органов — внутрен- я среда организма. Внешняя живая и " неживая среда на этих .уровнях организации воспринимается через изменение внутренней среда, т. е. опосредованно. Для организмов (индивидуумов) и их сообществ - реду составляют организмы того же и других видов и условия неживой природы. [c.16]