Метаболизм

Казалось бы, чтобы выиграть борьбу, живой объект должен изолировать себя от внешнего окружения, кото­рое и является тем «грозным» термостатом, переводящим порядок в беспорядок. Однако это не спасает живой объ­ект от смерти, так как второе начало термодинамики дей­ствует не только снаружи, но и изнутри. Раз внутренние структуры объекта имеют какую-то температуру, значит, хаотическое молекулярное движение, в конце концов, разрушит любой порядок.

Поэтому для живого объекта чрезвычайно важно со­хранить контакт с окружающей средой, куда бы он мог «сбросить избыток энтропии», постоянно накапливаю­щейся на любом уровне организации живого. Кроме этого, живой объект с удовольствием принимает извне «гото­вый порядок», уменьшая тем самым собственную энтро­пию. Опять вспоминаем слова Э. Шредингера: «живой ор­ганизм питается отрицательной энтропией», то есть по­глощает из окружающей среды высокоорганизованные структуры. Выбрасывая вещество с большой энтропией и поглощая вещество с малой энтропией, живой организм реализует свою «цель» —сохранить высочайший уровень упорядоченности.

Следует отметить, что приведенную эффектную фразу Шредингера не надо понимать слишком буквально. Когда волк съедает зайца, ему не нужны ни органы зайца, ни его ткани, ни его белки и нуклеиновые кислоты. Все это в желудке волка переваривается в смесь низкомолекуляр­ных органических веществ (аминокислот, углеводов, нуклеотидов). Из них волк синтезирует свои белки, клетки и ткани. Так что чужая упорядоченность живому организ­му не нужна.

Таким образом, живые организмы — это открытые неравновесные системы, в состав которых входят биопо­лимеры. Процессы обмена веществом, энергией и инфор­мацией между живым организмом и окружающей средой на биологическом языке называются метаболизмом.

В широком смысле под метаболизмом понимают сово­купность всех видов превращений веществ и энергии в организмах, обеспечивающих их жизнедеятельность и самовоспроизведение, связь с окружающей средой, спо­собность адаптироваться к ее изменениям. В процессе об­мена веществ происходит расщепление (диссимиляция) и синтез (ассимиляция) сложных органических молекул, входящих в состав клеток, образование, разрушение и об­новление клеточных структур и межклеточного вещест­ва. Например, все белки печени и крови человека обнов­ляются каждые 20 дней, все тканевые белки — в течение каждых 160 дней, а все клетки кишечного эпителия — в течение недели. Процессы обмена веществ регулируются с помощью биокатализаторов — особых белков-ферментов. Каждый фермент обладает субстратной специфичностью катали­зировать превращение лишь одного белка. В основе этой специфичности лежит своеобразное «узнавание» белка ферментом. Ферментативный катализ отличается от обыч­ных химических реакций чрезвычайно высокой эффек­тивностью, в результате чего скорость соответствующей реакции повышается в 10¹⁰-10¹³раз. Каждая молекула фермента способна осуществлять от нескольких тысяч до нескольких миллионов операций в минуту, не разруша­ясь в процессе участия в реакциях. Так, например, одна молекула фермента каталазы осуществляет расщепление 5 миллионов молекул субстрата (Н₂О₂) в течение одной минуты. Для сравнения — Н₂О₂ может разлагаться в при­сутствии атомов Fe, но медленно: понадобилось бы 300 лёт, чтобы один атом железа расщепил такое же количество молекул Н₂О₂, какое одна молекула каталазы расщепля­ет за одну секунду.

Все живые организмы могут быть разделены на две группы — автотрофы и гетеротрофы, отличающиеся источниками энергии и необходимых веществ для сво­ей жизнедеятельности. Автотрофы — организмы, синте­зирующие из неорганических веществ органические со­единения с использованием энергии солнечного света (так называемые фотосинтетики — зеленые растения, водо­росли, некоторые бактерии) или энергии, получаемой при окислении неорганического субстрата (хемосинтетики — серобактерии, железобактерии и др.). Роль фотосинтезирующих автотрофов в природе является определяю­щей — являясь первичным продуцентом органического ве­щества в биосфере, они обеспечивают существование всех других организмов и ход биогеохимических циклов в круговороте веществ на Земле. Гетеротрофы (все живот­ные, грибы, большинство бактерий, некоторые бесхлорофилльные растения) - организмы, нуждающиеся для своего существования в готовых органических вещест­вах, которые, поступая в качестве пищи, служат как ис­точником энергии, так и необходимым «строительным материалом».

Дата добавления: 2014-01-04