Вечные вопросы. Часть 2

скачать книгу бесплатно


– Это крайне муторная тема…

– Прекрати изворачиваться!

– …

– И?

– Что ж, тогда слушай! Но слушай очень внимательно! Нет точного определения, что такое жизнь…

– То есть?

– …более или менее точно определить, что есть живые существа можно только перечислением качеств, отличающих их от не живого вещества…

– Извини?

– Сейчас существует более ста определений понятия «жизнь», и многие из них противоречат друг другу. Раньше, например, в советских школах учили, что жизнь есть способ существования белковых тел, где существенным моментом является постоянный обмен веществ живого организма с окружающей средой, а с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка. Сейчас же так уже никто не считает…

– Почему?

– …допустим, те же вирусы считаются неклеточной, абиогенной или, если хочешь, химической формой жизни…

– Это как?

– …их оболочка состоит из белков, но размножаться они могут только внутри живых клеток, а все остальное время они, пока не встретят свою обреченную жертву, ведут себя как неживое вещество…

– Гм…

– Впрочем, давай мы начнем рассматривать строение примитивной живой клетки, иначе мы сейчас так далеко уйдем в сторону, что можем и не вернуться. Но говорить буду кратко и обобщенно, поскольку информации очень и очень много, а найти и перепроверить ее не составит никакого труда.

– ?

– Содержимое живых одноклеточных существ, за исключением диатомовых водорослей, отделено от окружающей среды клеточной, или, как ее еще называют, плазматической мембраной, которая обычно состоит из двух слоев молекул класса липидов…

…липиды – это разнообразная по строению группа биоорганических веществ, которые представляют собой полимеры жирных кислот, содержащие длинную неполярную углеводородную цепь с небольшой полярной областью, содержащей кислород…

…к липидам, допустим, относятся жирные спирты и растительные масла, холестерин и воски, витамины А, Е, Д, К, и т. д., и т. п.

Говорить, будто бы содержимое живой клетки отделено от окружающей среды неким непроницаемым жироподобным коконом, не приходится, поскольку в состав клеточных мембран входят различные белки…

…а белки, которые иначе называются протеинами, или полипептидами, – это высокомолекулярные органические вещества…

…ученые предполагают, что в природе может существовать несколько миллиардов белков, у каждого из которых строго определенные функции и свойства, поэтому нет строгого определения, что такое белки, а объединяет их только то, что состоят белки из остатков альфа-аминокислот, соединенных пептидными связями…

– Альфа-аминокислоты? Бр-р…

– Так вот в плазматических мембранах одноклеточных существ какие-то белки выполняют функцию ионных каналов, другие – транспортеров, третьи – рецепторов…

…если сказать немного по-другому, то клеточная мембрана не только отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая ее целостность, она еще с помощью узкопрофильных белков регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой…

…например, какие-то белки, которые выполняют функцию ионных каналов, всегда пропускают исключительно ионы калия, другие белки пропускают только ионы натрия, но атомы натрия эти белки пропускают не всегда, а только по мере надобности…

…существуют хлорные и водородные ионные каналы, есть пластичные ионные каналы, существуют потенциал-управляемые и лиганд-управляемые ионные каналы…

…и таких ионных каналов не счесть, не счесть даже у самой примитивной живой клетки!

При крайне неблагоприятных условиях клеточная мембрана полностью блокирует обмен веществ с внешней средой, в период размножения она с ускорением поглощает необходимые для размножения вещества…

…то есть клеточные мембраны – это не простой набор жироподобных веществ, пронизанных тонкими отверстиями для обмена веществ с окружающей средой, клеточные мембраны – это двойной молекулярный слой липидов, в котором находятся высокоспециализированные белки, выполняющие функции рецепторов, отбора необходимых для клетки веществ, транспортировки этих веществ внутрь или из клетки…

Есть у клеточных мембран прокариотов…

– У кого?

– Да, чувствую, тяжело будет!

– Ну, и все-таки…

– Не обладающие оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органеллами…

– ?

– Или, если сказать по-простому, не обладающие специфическими внутренними органами одноклеточные живые организмы, называются прокариотами. Клетки всех нынешних растений, животных, грибов и протистов – это эукариотические клетки, так как ДНК этих клеток находится в специальном замкнутом отсеке, которое называется ядром клетки. Так вот у таких клеток не только ядро, но и различные органеллы располагаются в разделенных клеточными мембранами замкнутых отсеках, притом белки внешней клеточной мембраны имеют совершенно другие функции, свойства и химический состав, чем у внутриклеточных мембран.

Поскольку сейчас разговор у нас идет о принципиальном строении самых примитивных живых клеток, то и давай мы вернемся к строению клеточных мембран прокариотов. У многих бактерий и архей…

– Час от часу не легче!

– …на внешней части клеточных мембран имеются жгутики, представляющие собой плотные белковые структуры, и благодаря этим жгутикам прокариоты, как и многие одноклеточные эукариоты, перемещаются в пространстве. У каких-то прокариотов жгутиков нет, у других ими покрыта вся поверхность клетки. Говорить, что эти жгутики просты по строению, не приходится, поскольку в их состав входят около 20 белков, а еще около 30 белков необходимы для их сборки и регуляции их работы.

Есть у клеточных мембран прокариотов еще одна функция – помощь в синтезе молекул АТФ…

– Уж не знаю, что это такое, но к чему все эти мелочи? Разве сейчас это так важно?

– Да как тебе сказать? АТФ, или аденозинтрифосфорная кислота – это основной и универсальный накопитель энергии всех живых систем! От бацилл до человека! Если в клетке есть излишки необходимых химических веществ и есть избыток энергии, то синтезируются молекулы АТФ. Когда клетке необходимы энергия или определенные органические соединения, то происходит окисление молекул АТФ…

…а остатки АТФ являются исходным продуктом для многих других биохимических реакций, например, вместе с другими нуклеозидтрифосфатами АТФ является исходным продуктом для синтеза нуклеиновых кислот…

…также из остатков молекул АТФ могут синтезироваться новые молекулы АТФ…

…если сказать немного по-другому, то, как говорят ученые, у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ составляет менее минуты, но в течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2 000-3 000 циклов расщепления и синтеза…

…то есть в одной и той же живой клетке одновременно молекулы АТФ могут расщепляться и синтезироваться…

…а чтобы представить, сколько молекул АТФ синтезируются и расщепляются на примере организма человека, надо лишь сказать, что организм человека за сутки расходует приблизительно столько АТФ, сколько он сам весит…

– Ух!

– А поскольку АТФ является универсальным накопителем энергии всех живых организмов, то это является одним из косвенных доказательств того, что у всех современных живых организмов, от примитивных бактерий до человека, когда-то был один общий предок, в организме которого окислительно-восстановительные процессы АТФ уже происходили.

– Даже так?

– Впрочем, давай мы вернемся к синтезу АТФ в клетках! В клетках эукариот… и цианобактерий…

– А это кто такие?

– …основная масса АТФ образуется на мембранах митохондрий. Митохондрии – это двумембранная сферическая или эллипсоидная органелла диаметром обычно около одного микрометра… или, если по-другому, одна миллионная доля метра. У каких-то клеток митохондрий всего по одной, но крупной, у других – до полумиллиона, но мелких-мелких…

– Сколько-сколько?

– Основная функция митохондрий – окисление органических соединений и использование освобождающейся при их распаде энергии для генерации электрического потенциала, для синтеза АТФ и для генерации тепла, поэтому ученые и называют митохондрии энергетическими станциями клеток. Окислительно-восстановительные реакции с молекулами АТФ происходят во внутренней митохондриальной мембране, под воздействием нескольких белковых комплексов. Ничтожная часть молекул АТФ у эукариотов синтезируется и расщепляется в плазматической мембране.

У бактерий и архебактерий митохондрий не существует, молекулы АТФ синтезируются и расщепляются у них в межмембранном пространстве клетки под влиянием узкоспециализированных ферментов, которых иначе называют еще белковыми комплексами.

Говорить о плазматических мембранах можно еще долго-долго, нам же сказанного, пожалуй, пока будет достаточно…

…добавлю лишь, что химический состав клеточных мембран, химический состав всевозможных белков клеточных мембран и их месторасположение в клеточных мембранах…

…а также последовательность всех биохимических реакций закодировано в ДНК клетки. Если в клетке вдруг произойдет какая-либо не прописанная химическая или биохимическая реакция, то может измениться весь метаболизм клетки, начнутся другие произвольные химические реакции, отчего клетка может просто-напросто погибнуть.

– Ну…

– Что находится за клеточными мембранами внутри прокариотических клеток? Внутри любая живая клетка заполнена цитоплазмой, а цитоплазма – это полужидкое содержимое клетки. Основное вещество цитоплазмы – вода. Кроме воды в состав цитоплазмы входят различные органические и неорганические вещества, например, минеральные соли и глюкоза, аминокислоты и разнообразные белки. Есть в цитоплазме нерастворимые отходы обменных процессов, есть и запасные питательные вещества, которые в неблагоприятных условиях обеспечивают бактерии энергией и необходимыми химическими элементами.