Ферменты и живые системы

В любой живой системе происходят тысячи различных химических реакций, многие из которых идут синхронно. Сумма всех этих реакций называется метаболизмом (от греч. metabole «изменение»). Если просто перечислить все отдельные химические реакции, то будет трудно представить общую картину метаболических реакций в клетке.

К счастью, есть целый ряд принципиальных моментов, которые помогут разобраться в лабиринте клеточного метаболизма. Во-первых, во всех химических реакциях клетки участвуют ферменты катализаторы и регуляторы метаболических процессов живых систем.

Во-вторых, биохимики группируют эти реакции по отдельным этапам, которые образуют пути. Каждый путь может состоять из дюжины и более последовательных реакций и иметь свое значение для жизнедеятельности клетки или организма. Более того, некоторые пути имеют общие «Ступени» реакций, например связанные с синтезом различных аминокислот или азотистых оснований. Некоторые пути сходны; например, гидролиз жиров и окисление глюкозы проходят с выделением энергии (рис. 5-4). Многие живые системы имеют уникальные метаболические пути.

Растительные клетки тратят энергию на образование целлюлозных оболочек; подобные синтетические реакции не идут в клетках животных. Красные кровяные клетки специализируются на синтезе гемоглобина; они найдены только у животных и человека. Не удивительно, что отличительные особенности клеток и организмов связаны не только с их структурой и функциями, но и с биохимическими процессами.

Однако поразительно, что метаболизм во многих своих чертах одинаков у большинства самых разнообразных организмов; различия метаболических путей, например, человека, дуба, грибов и медузы очень тонкие. Некоторые пути обнаружены практически во всех живых системах. «Размах» химической работы, совершаемой в клетке, может проиллюстрировать тот факт, что большая часть, т. е. тысячи различных молекул, обнаруженных в клетке, в ней же и образуются.

Сумма химических реакций, участвующих в их синтезе, называется анаболизмом. Анаболические реакции обычно уменьшают энтропию и почти всегда идут с затратой энергии (эндергонически). В клетках постоянно осуществляется и распад больших молекул; совокупность процессов распада называют катаболизмом. Катаболические реакции увеличивают энтропию и, как правило, идут с выделением энергии (экзергонически).

Катаболические реакции служат для двух целей: (1) высвобождают энергию для анаболизма или другой работы клетки; (2) поставляют «сырье» для анаболических реакций. Следовательно, оба аспекта метаболизма анаболизм и катаболизм необходимы для нормальной жизнедеятельности клетки. Живые системы осуществляют многочисленные химические реакции в необычайно трудных условиях. Большинство из них проходит внутри клетки, где перемешиваются тысячи различных молекул.

Температура не может быть высокой, иначе многие хрупкие структуры, от которых зависит жизнь, могут разрушиться. Как же осуществляется эта сложная химическая работа? Ответить на этот вопрос можно одним словом ферменты. Биохимические реакции без ферментов проходили бы настолько медленно (если бы проходили вообще), что жизнь прекратилась бы.

_{П. Рейвн, Р. Эверт, С. Айкхорн, Современная ботаника В 2-х томах, Том 1, Перевод с английского канд. биол. наук В. Н. Гладковой, проф. М. Ф. Даниловой, д-ра биол. наук И. М. Кислюк, канд. биол. наук Н. С. Мамушиной под редакцией акад. А. Л. Тахтаджяна}

AOF | 18.11.2020 16:26:31