Обмен веществ в живых организмах
Что такое жизнь
На потемневших от времени кусках пергамента, на глиняных табличках и листах папируса находят записанные древними мудрецами мысли о том, что такое жизнь и как она возникла.
Самообновление живых организмов
Самообновление живых организмов представляет собой два одновременно происходящих в организме процесса — разрушение имеющегося и созидание нового органического вещества. Вещества тела любого организма беспрерывно распадаются и в то же время в нем идет возникновение новых веществ, подобных разрушившимся. Обе эти стороны жизнедеятельности организма — разрушительная и созидательная — неразрывно связаны между собой и составляют единый процесс жизни. Разрушение и созидание наблюдаются всюду и в неживой природе. Это связано с деятельностью воды, ветра, ледников. Например, в результате выветривания гранитная скала постепенно превращается в щебень и даже в песок. Из этого материала впоследствии могут образоваться новые твердые породы, но они уже не будут прежним гранитом. Совсем иное представляет собой разрушение в живом организме. Здесь разрушение вещества является источником возникновения нового органического вещества, то-есть представляет основное условие сохранения жизни этого организма. Если прекратится распад, одновременно прекратится и образование нового живого вещества, наступит смерть.Диссимиляция и ассимиляция
Разрушение и распад, происходящие в теле живого организма, носят название диссимиляции, а противоположный процесс — образование нового вещества — называется ассимиляцией. В диссимиляции и ассимиляции, или, как говорят, в обмене веществ и энергии, и заключается сущность жизни. Ведь организм что-то всегда получает из окружающей среды и что-то постоянно ей отдает. Этим живое качественно отличается от неживого, ибо подобного обмена веществ нет ни у одного неживого тела. Рассмотрим более подробно взаимосвязь между этими двумя сторонами самого существенного процесса жизни —самообновления. Диссимиляция — это в конечном итоге соединение органических веществ, входящих в состав живого тела, с кислородом, то-есть окисление, в результате которого освобождается скрытая в них потенциальная энергия. Поэтому диссимиляцию иногда сравнивают с горением. Но это не одно и то же. Горение также есть окисление, но происходит оно сравнительно быстро, причем почти вся химическая энергия горящего тела из скрытого состояния непосредственно переходит в теплоту. Освобождающаяся при диссимиляции энергия может проявляться в виде энергии движения, в различных химических реакциях, в результате которых она переходит из одной формы в другую, может накапливаться «про запас», превращаться даже в электрическую энергию. При этом одни процессы протекают быстрее, другие медленнее. И лишь в конечном итоге все виды энергии переходят в тепловую (здесь, как и всюду, действителен закон сохранения вещества, открытый Ломоносовым). Ассимиляция, то-есть преобразование вещества пищи в тело организма, происходит за счет энергии, освобождающейся при диссимиляции. Такова суть самообновления организма. Где же происходит этот процесс? Самообновление осуществляется во всех тех частях организма, где имеется протоплазма, состоящая главным образом из белковых веществ. Протоплазма присуща всему живому. Она входит в состав любой живой клетки, и все процессы обмена веществ и энергии осуществляются в ней и через нее. Однако процессы обмена веществ у разных организмов происходят по-разному. Имеются, например, существенные различия в обмене веществ у растений, животных и микробов. Некоторые различия в процессах обмена есть у близких видов и, больше того, даже у двух организмов одного и того же вида. Но чем организмы по своему происхождению ближе, тем более сходно протекают у них обменные процессы. При этом обмен веществ, везде, имеет общий признак — самообновление.Изменение обмена веществ живых организмов
В разных условиях существования организм может изменять характер своего обмена веществ и тогда изменяется сам. Таким образом, любое изменение организма осуществляется через изменение его обмена веществ. Есть, однако, организмы, у которых процессы обмена веществ и энергии имеют существенные особенности. Таковы, например, зеленые, то-есть хлорофилловые, растения, у которых ассимиляция идет не только за счет распада органических веществ и освобождающейся при этом энергии, но главным образом за счет энергии света, поступающей извне.Зародыш зерна
Вот по полю прошли сеялки, рядками зарывая в землю зерна пшеницы. Зерна пропитались влагой, согрелись в теплой земле, и скрытая в их зародышах жизнь пришла в активное движение. Питательные вещества зерна пошли на питание зародыша. Крахмал, например, превратился в сахар и стал пищей для «проснувшихся» клеток. Быстро начали делиться клетки зародыша. Раздвигая комочки земли, потянулся вверх, ближе к свету, упругий росток; упорно пробивается вниз корешок. Пока росток не пробился к свету, молодое растеньице, подобно человеку и животным, подобно бесхлорофилловым не зеленым растениям, питается органическими веществами, заготовленными материнским растением.
Химический состав живых тел
Коротко познакомимся с химическим составом живых тел. Большинство химических элементов таблицы Менделеева обнаружено в телах живых организмов. Все они, вероятно, участвуют в процессах жизни, однако роль их далеко не одинакова. Одни из этих элементов имеют преимущественное значение в построении тела организма, другие играют определенную роль в его дыхании, питании, выделении и других жизненных процессах. Некоторые элементы придают особые свойства тканям. Фосфор, например, входит в состав мозга и костного скелета, в костях имеется также кальций, в хлорофилле зеленых растений содержится магний, но хлорофилл не может образоваться без участия железа. Иногда для исследователя обнаружение в тканях организма того или иного химического элемента является полной неожиданностью. Например, некоторые водоросли моря накапливают в своем теле заметное количество йода хотя в морской воде обнаруживаются лишь следы этого элемента? Морские водоросли — промышленное сырье для получения йода.
Белки
Белки, углеводы, жиры и другие органические, а также минеральные вещества участвуют в процессе жизнедеятельности организмов, но основой жизни являются белки. Протоплазма клеток — это прежде всего разнообразные белки, не представляющие, однако, какого-то случайного скопления, а являющиеся сложными системами белков и других веществ. Эти системы возникли в результате очень длительного процесса развития живого вещества. И из этих трех групп органических веществ важнейшую роль в жизни играют белки. С ними и их свойствами связаны все проявления жизни. Деятельная часть зеленых растений представляет собой живые клетки; состоящие из протоплазмы, которая также является сочетанием различных белков. Конечно, углеводы, жиры и другие вещества тоже участвуют в жизненных процессах, но ведущая роль принадлежит белкам. Белки исключительно разнообразны. Из различных белков состоят протоплазма клеток, мышцы, сухожилия, связки, стенки сосудов, внутренние органы, рога, копыта, когти, кожа и волосы животных.
Организация живой протоплазмы определяется последовательностью химических процессов и превращений, которые совершаются в обмене веществ. В настоящее время выяснилось, что белковые вещества определяют скорость, направление и взаимосвязь химических превращений, которые совершаются в живой клетке.Поэтому основным в биохимии является не вопрос диссимиляции, распада в процессе обмена веществ, который прослежен довольно глубоко, а процесс ассимиляции, то-есть свойства самовоспроизведения белковых веществ, образования любым белком белка, подобного ему. Найти законы самовоспроизведения белков — таков путь познания процессов жизни. Успехи в области изучения белка, которых добились ученые, дают основание полагать, что решение вопроса об управлении процессами, происходящими в живом белке, — дело, быть может, не очень отдаленного будущего.
Углеводы
К углеводам относятся крахмал, сахар и другие органические вещества. В состав всех углеводов входят водород, углерод и кислород.Жиры
Тот же элементарный химический состав имеют и разнообразные жиры растительного и животного происхождения, но типы построения молекул углеводов и жиров различны.Углерод
Углерод как элемент широко известен. Он почти в чистом виде находится в каменном и древесном угле. Чистый углерод — это графит, из которого делают грифель обыкновенного карандаша и огнеупорные тигли для плавления металлов, наконец из углерода состоит алмаз — самое твердое из известных в природе веществ. Но нас углерод интересует не как промышленное сырье или драгоценный камень. Нам необходимо выяснить его роль как неизменного участника соединений, входящих в состав организмов. В своей книге «Занимательная геохимия» академик А. Е. Ферсман писал,Представим себе на секунду, как бы выглядела Земля без углерода. Ведь это значит, что не было бы ни одного зеленого листика, ни дерева, ни травки. Не было бы также и животных. Лишь голые утесы разнообразных горных пород торчали бы среди безжизненных голых песков и безмолвных пустынь Земли.Действительно, всякая жизнь неизбежно связана с углеродом. Используем ли мы древесину для построек или других надобностей, изготовляем ли одежду, обувь, пищу, вдыхаем ли аромат цветов, — везде мы имеем дело с соединениями углерода. Зеленые леса, луга, поля — это прежде всего углерод.

Азот
Азот по своим химическим свойствам резко отличается от углерода. Это малодеятельный химический элемент. В соединение с другими химическими элементами он вступает при очень высокой температуре или при большом давлении. Азота в природе очень много. В атмосфере воздуха, например, азот по весу составляет 75 процентов. Это значит, что над каждым квадратным метром площади земли находится столб воздуха, в котором содержится около 8 тонн газообразного азота. Какие богатые запасы по сравнению с ничтожной примесью углекислого газа! Однако организмы, использующие азот и углерод для построения своего тела, обычно не страдают от недостатка углерода; азота же растениям часто не хватает. Дело в том, что организм усваивает не газообразный азот воздуха, а соединения азота, ему нужен, как говорят, «связанный азот».Водород и кислород
Растения не испытывают недостатка также в водороде и кислороде.
Рейтинг:
/5 -
голосов
Комментарии ()