Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

хромосомной ДНК.

Внутренняя цитоплазматическая мембрана не только окружает митохондрии и хлоропласты, но также образует исключительно сложную сеть — эндоплазмати-ческий ретикулум. Эта сеть участвует в различных внутриклеточных транспортных процессах, а также в образовании специальных отделений — компартментов,

которые обеспечивают пространственное разделение (компартментализацию) биохимических процессов. Эта сеть играет существенную роль в транспорте белков к поверхности клеток, чтобы обеспечить возможность их встраивания во внешнюю мембрану или выделения (секреции) в окружающую среду.

Вследствие относительно больших размеров эукариотические клетки нуждаются в некоторой внутренной жесткости. В большей степени эта жесткость обеспечивается цитоскелетом, образованным специальными белковыми трубочками и волокнами. Кроме того, сокращение волокон играет важную роль как во внешних движениях клеток, так и различных перемещениях внутри клеток. Подобные движения являются, в частности, необходимыми в уже описанном движении хромосом от центра молекулы к полюсам при делении клеток.

Роль некоторых из приведенных выше структурных элементов в пространственной организации биохимических процессов будет обсуждена более детально в гл. 10.

1.4. МНОГОКЛЕТОЧНЫЕ ОРГАНИЗМЫ

Изучение многоклеточных организмов является объектом одной из главных областей биологии — Физиологии. Существуют чрезвычайно сильные отличия между принципами структурной организации и функционирования многоклеточных растений и животных. Поэтому физиология растений и физиология животных и человека рассматриваются обычно как две совершенно различные области биологии.

Основной чертой многоклеточного организма является распределение функций между различными типами клеток. В ходе эволюции это распределение становилось все более и более существенным, пока не достигло наивысшего уровня у млекопитающих, включая человека. Высокоспецпализированные клетки многоклеточных организмов формируют различные ткани, которые, в свою очередь, образуют всевозможные органы. В тканях клетки находятся в контакте со сложной сетью межклеточных полимеров, в первую очередь специальных белков и полисахаридов, образуя внеклеточный матрикс. В ряде случаев клетки соприкасаются непосредственно друг с другом. В многоклеточных организмах как процессы воспроизводства, так и метаболизм, включая производство энергии, протекают несравнимо сложнее, чем в одноклеточных.

Так, метаболизм высших животных, включая человека, обеспечивается сложной системой органов. Усвоение пищи происходит в системе пищеварительных органов, которая включает в себя ротовую полость, пищевод, желудок и кишечник. В процессе пищеварения участвуют поджелудочная железа, которая обеспечивает систему рядом пищеварительных ферментов, и печень, которая продуцирует желчь, необходимую для переваривания жиров. В этой системе все полимерные и другие сложные химические соединения превращаются в более простые вещества, которые могут поступать в кровь для того, чтобы быть доставленными ко всем другим органам. Кровеносная система, кроме того, доставляет кислород, сорбированный эритроцитами в легких. Кишечник, почки и легкие участвуют также в выделении побочных продуктов (продуктов жизнедеятельности). Так, С02, образовавшийся при окислении ряда органических соединений, может быть

мочой. Печень играет исключительно важную роль в удалении из организма токсических соединений.

Чрезвычайно сложным является процесс размножения у высших животных. Соответствующая система органов служит для созревания сперматозоидов и яйцеклеток, для обеспечения их слияния во время оплодотворения, а в случае млекопитающих также для вынашивания плода и кормления новорожденных в ранний период жизни.

Даже ряд одноклеточных организмов обладает примитивной способностью двигаться в окружающей среде, которая у многоклеточных животных организмов несопоставимо более совершенна. Она обеспечивается специальной системой взаимодействующих подвижных элементов организма — мускулами и сочленениями (суставами), которые у позвоночных связаны с соответствующими элементами скелета. Кроме внешних движений многоклеточным организмам присущи разнообразные внутренние движения, например периодические сокращения сердца, приводящие к циркуляции крови по организму, перистальтика кишечника, ориентация в пространстве органов зрения, слуха и обоняния.

До сих пор здесь обсуждались функции, которые являются' общими и для многоклеточных, и для одноклеточных организмов. Прежде всего это размножение, обмен веществ и производство энергии. Способность двигаться встречается не только у многоклеточных, но и ряда одноклеточных организмов. Но есть и ряд определенных функций, которые присущи только многоклеточным организмам. В первую очередь функции, обеспечивающие координацию деятельности многоклеточных организмов в целом. Главной регуляторноп системой является система эндокринных желез. Эти железы вырабатывают специальные химические вещества, называемые гормонами, которые играют роль сигналов, посылаемых в определенных физиологических состояниях организма к соответствующим органам — мишеням. Основными эндокринными железами позвоночных являются поджелудочная железа, гипофиз, щитовидная железа, надпочечники, яичники и семенники.

Второй главной системой, присущей всем достаточно высокоразвитым животным, является нервная система. Эта система в сочетании с органами чувств получает разнообразную информацию от окружающей среды, превращает ее в сигналы, которые передаются исполнительным органам, например органам движения, или в форму, хранящуюся в коре головного мозга для дальнейшего применения. Основными элементами нервной системы являются нейроны. У позвоночных они сконцентрированы в мозге и соединяются практически со всеми частями организма специальным образом через аксоны, которые способны проводить электрические сигналы. Аксоны могут достигать нескольких метров в длину и способны передавать электрический сигнал со скоростью до нескольких метров в секунду. Переданные сигналы представляют собой локальное повышение межмембранного электрического напряжения во время движения по аксонам. Такое повышение (потенциал действия) может достигать нескольких десятков милливольт по сравнению с равновесным уровнем трапсмембраиного потенциала (потенциал покоя). Передача электрического сигнала при нервно-мышечном контакте, а также от нейрона к нейрону происходит в специализированных структурах, называемых синапсами. Они образуются соответствующими окончаниями взаимодействующих клеток, разделенными синаптической щелью. Получение сигнала приводит к

цептором принимающей клетки. Наиболее детально изученным является нейро-медиатор ацетилхолин

СНзС(О)—0CH2CH2N+(CH3)3 2

действующий в нервно-мышечном синапсе. Известно, что ацетилхолиновый рецептор располагается на внешней мембране мышечной клетки, получающей сигнал.

Как уже отмечалось, специализированные клетки образуются из оплодотворенного яйца путем дифференцировки, что означает запрограммированный ряд делений клетки, приводящих к последовательным изменениям клеток после каждого деления. Например, источником эритроцитов в крови являются стволовые клетки, которые находятся в костном мозге. Эти клетки являются предшественниками целого ряда разнообразных клеток. Одним из таких типов являются эритроциты. Развитие стволовых клеток в этом направлении называют эритропоээом. Превращение одной стволовой клетки в эритроциты требует 11 делений, давая, таким образом, 211 (2000) высокоспециализированных клеток. Так как основная функция эритроцитов заключается в переносе кислорода, то зрелые эритроциты не делятся, а у млекопитающих даже теряют свои ядра. Незрелые эритроциты, известные как ретикулоциты, широко используются в молекулярной биологии в качестве источника эукариотических рибосом и других компонентов, участвующих в трансляции генетической информации. Ретикулоциты могут быть получены в достаточных количествах путем введения в кровь экспериментальных животных (обычно кроликов) фенилгидразина. Это приводит к разрушению эритроцитов, таким образом индуцируя интенсивную выработку ретикулоцитов.

Нормальное развитие многоклеточных организмов требует ограничения размеров каждого органа. По достижении определенного размера дальнейшее воспроизводство клеток, составляющих этот орган, должно быть остановлено. Некоторое число клеток может быть легко повреждено во время их функционирования, и их необходимо обновить (регенерировать). Тем не менее регенерация должна быть ограничена и скоординирована с требованиями соответствующей ткани или органа. Одним из наиболее ярких примеров регулируемой регенерации является регенерация печени. У позвоночных печень может быть отрезана до '/з от нормального размера. Начинается интенсивная регенерация до достижения нормального размера, но не превышая его. Следовательно, должна существовать специальная программа, отвечающая и за стимуляцию роста клеток определенного типа, т.е. стимуляцию клеточного деления, и за прекращение этого деления. В последние годы ученые все более склоняются к тому, что одним из основных факторов, предотвращающих неограниченное размножение клеток, является специальная генетическая программа, предопределяющая конечное число делений, которые может претерпеть данная клетка. Эту программу иногда называют запрограммированной смертью клеток. По достижении этого числа делений клетки претерпевают сложную систему процессов деградации, называемую апапто-зом. Очевидно, что нарушение программы, ответственной за регуляцию клеточного деления, должно приводить к неограниченному делению, что означает возникновение злокачественной опухоли.

С этой точки зрения, очень важной стадией в эволюции высших животных

быЛО ППЯИЛЙНие и ш ????? ?1? /nirmt.....

ошибки в процессе репликации составляет примерно 10"9. Это означает, что в среднем одна из 1 млрд. клеток будет содержать ошибку. С большой вероятностью эта ошибка может повредить внутриклеточную систему, которая препятствует неограниченному делению, а следовательно, способс

страница 8
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(24.06.2017)