<<
>>

Особенности функционирования живых организмов и живых систем


Из известных к настоящему времени 108 химических элементов лишь немногие входят в состав живых организмов. В первую очередь это макроэлементы, имеющиеся в больших количествах в природе и необходимые для всех биологических объектов: Н, С, О, N, S, Р, Са, Mg, К, Fe, а для животных еще и Na и CI.
В меньшей степени для жизнедеятельности организмов используются микроэлементы Си, Mn, Zn, Мо, Со, а также F, J, Se (для животных) и В (для растений).
Для химической основы жизни наибольшее значение имеют минеральные соли и соответствующие катионы и анионы: ионы натрия и калия обеспечивают электрический разряд на мембранах клеток и передачу электрических импульсов по нервам и мышцам, управляя таким образом их работой; ионы кальция являются основой костной ткани, а также участвуют в сокращении мышц; фосфор входит в органические соединения — биологические аккумуляторы энергии и (вместе с кальцием) в состав костей скелета; ионы хлора вместе с ионами натрия создают осмотическое давление в крови, лимфе и плазме. Соляная кислота, которая выделяется в желудке человека и животных, играет важную роль в пищеварении. Железо содержится в пигменте крови — гемоглобине, который является переносчиком кислорода. Железо и медь входят в состав переносчиков электронов в производящих энергию клеточных органеллах — митохондриях, а также входят в состав некоторых ферментов. Магний составляет основу молекулы хлорофилла и обеспечивает главную фотохимическую реакцию в живых организмах — синтез органических веществ из углекислого газа и воды.
Йод является элементом такого важного соединения, как гормон щитовидной железы. Недостаток йода в пище вызывает тяжелое заболевание — эндемический зоб. Это заболевание, вызванное недостатком йода в почве, распространено в ряде районов земного шара, например на Урале, в Карпатах и других регионах. Соединения йода с калием помогают защищать организм человека от воздействий ионизирующего излучения. В составе витамина В12 содержится кобальт. Некоторые жизненно важные ферменты и гормоны, например инсулин, содержат цинк.
В количественном отношении первое место среди химических соединений занимает вода (в организме человека ее около 60%, а у медузы — более 96%). Вода служит растворителем, средством внутреннего транспорта и средой для большинства процессов обмена веществ. Значительная часть остальных неорганических компонентов находится в водном растворе.
Число органических соединений, состоящих главным образом из С, Н, О, N, S и Р, в живых организмах чрезвычайно велико. Они принадлежат в основном к четырем классам — белкам, нуклеиновым кислотам, углеводам и липидам (или жирам), У животных количественно преобладают белки, у растений — углеводы.
Рядом важных свойств и функций обладают белки: они участвуют в построении клеток и тканей, являются биологическими ферментами — катализаторами, гормонами, защитными веществами и проч. Белки участвуют в процессах трансформации энергии. Например, белки мышц реагируют с .молекулами аденозинтрифосфорной кислоты и расщепляют в них богатую энергией химическую связь. Под воздействием высвобождающейся энергии происходит сокращение мышечного белка. Таким образом, химическая энергия при участии белков мышц превращается в энергию механическую — один вид энергии трансформируется в другой.
Белки также могут служить источником энергии для клеток.
Если в организм животных и человека попадают вирусы или бактерии, то для защиты от них вырабатываются особые белки — антитела. Эти белки обезвреживают возбудителей болезней, задерживая их размножение в организме. Такой механизм сопротивления заболеваниям называется иммунитетом. Чтобы повысить иммунитет, в кровь вводят готовые антитела (вакцины), полученные от переболевшего животного или человека, т.е. от организма, в котором они уже выработаны. Белки составляют важную часть всех структур клеток и организмов. Кожа, мышцы, волосяной и шерстяной покров, эластичные стенки кровеносных сосудов и пр. представляют собой структуры, основу строения которых составляют белки. Нуклеиновые кислоты, как и белки, участвуют в процессах жизнедеятельности, в передаче наследственных признаков, а также и в синтезе белков.
В жизни организмов большую роль играют углеводы, среди которых выделяются простые сахара (моносахара): глюкоза, фруктоза, галактоза. Они имеют одну химическую формулу (С6Н1206) и отличаются только пространственной структурой молекулы. Глюкоза и фруктоза содержатся в составе фруктов и ягод. Галактоза входит в состав молочного сахара — лактозы. Молекулы глюкозы под действием ферментов могут соединяться в длинные и разветвленные полимерные цепочки — полисахариды — крахмал и гликоген. Крахмал является формой хранения запаса питательных веществ в растительных клетках. Из-за высокого содержания крахмала в пшенице, кукурузе, рисе, картофеле эти сельскохозяйственные культуры получили широкое распространение на нашей планете и являются важнейшими продуктами питания в большинстве стран. В клетках животных и человека накапливается гликоген. Этот полисахарид отличается от крахмала большей разветвленностью молекул. Особенно много гликогена содержится в клетках печени, а также в мышцах. Расщепление и окисление углеводов позволяет клетке получать химическую энергию.
Липиды (жиры) входят в клеточные структуры и клеточные мембраны, где, в соединении с белками, регулируют всасывание и выделение веществ клетками. Липиды, как и углеводы, являются для клеток источниками энергии и хранят запасы питательных веществ, В состав липидов входят глицерин и различные жирные кислоты. По мере необходимости липиды расщепляются ферментами, после чего жирные кислоты ступенчато окисляются, выделяя большое количество энергии. Конечными продуктами «горения» жиров являются углекислый газ и вода.
В состав клеток всегда входит небольшое количество разнообразных по составу органических веществ, регулирующих работу клетки, объединенных в группу под названием витамины. Эти жизненно важные соединения могут быть синтезированы только растениями и бактериями. В организм животных и человека они попадают с пищей. Большинство витаминов входит в состав белковой части ферментов. Сейчас известно более 20 витаминов, необходимых человеку. При отсутствии или недостатке какого-либо витамина нарушается работа определенных ферментов, ход биохимических реакций и нормальная жизнедеятельность клеток. Это приводит к заболеваниям (авитаминозам) и может даже вызвать гибель организма.
Физиологические признаки живого могут быть установлены на основе такого общего понятия, как жизнь. Жизнь можно определить как активное, идущее с затратой полученной извне энергии поддержание и воспроизведение специфических структур. Из этого определения вытекает необходимость постоянной связи организма с окружающей средой, осуществляемой путем обмена веществом и энергией. Иными словами, организм приспосабливается (адаптируется) к определенной среде. Отсюда вытекает ряд свойств живого, которые, однако, относительны.
Живые организмы способны расти и развиваться, т. е. увеличиваться в размерах и массе, с сохранением (или появлением) в ходе процесса общих черт строения, свойственных взрослому, т. е. способному размножаться, индивидууму (особи).
Каждый организм получает из окружающей среды необходимые ему вещества и энергию, а отдает в нее те вещества и энергию, которые не может использовать в результате питания, дыхания и выделения. Полученная извне энергия используется для поддержания упорядоченности биологических структур. Живые клетки, ткани или целый организм способны реагировать на внешние и внутренние воздействия, т. е. обнаруживать раздражимость, которая лежит в основе их приспособления к меняющимся условиям среды. Раздражимость проявляется на всех уровнях развития жизни и сопровождается изменениями в обмене веществ, электрического потенциала, состояния клеток. У высокоорганизованных животных раздражимость проявляется через высшую нервную деятельность (в том числе рефлексы) и сознание (у человека).
Непрерывность и преемственность жизни обеспечивают присущее всем организмам свойство воспроизведения себе подобных - размножение. Тесно связано с размножением и явление наследственности (передачи признаков организма от поколения к поколению), когда потомки, пройдя примерно такой же путь индивидуального развития, как и их роди iели, вновь оставляют похожее на себя потомство. Потомки напоминают предков не только внешне, но и по внутреннему строению. Без передачи по наследству химических особенностей организма внешнее сходство было бы невозможно. В неорганическом мире подобные явления отсутствуют.
Один из самых ярких признаков огромного числа живых организмов, в первую очередь животных. — способность к движению. Но далеко не все организмы проявляют свою живую природу заметными глазу человека движениями. Например, у грибов, деревьев, коралловых полипов и т. п. движение происходит внутри живого организма и служит для транспорта вешест в от одной части тела к другой.
В неорганическом мире норечаются прообразы аналогичных признаков: рост кристаллов, притяжение металлических опилок к магниту, изгиб биметаллической пластинки при нагревании и т. п. Но у этих объектов отсутствует активная реакция на окружающую

среду, их действия не являются целенаправленными. Исключение составляют технические устройства, созданные человеком по принципу живых организмов. Органические вещества, выделенные из живых организмов или синтезированные в ходе экспериментов, также не проявляют свойств живого.
Приведенные выше признаки живых организмов, являясь необходимыми, не могут служить достаточными критериями для безошибочного разделения живой и неживой природы. К ним должны быть добавлены признаки структурной организации жизни. Живое выступает в форме определенных образований — живых организмов, обладающих сложной структурной организацией, в которой можно выделить молекулярный, субклеточный, клеточный, органотканевый и организменный уровни.
Молекулярныйуровенъ организации отражает строение белков, их функции, роль нуклеиновых кислот в хранении и реализации 1 енетической информации в процессах синтеза биологически важных соединений. На этом уровне организации ведутся основные исследования по биотехнологии и генной инженерии, поскольку многие свойства организма определяются именно этим уровнем.
Субклеточный, или надмолекулярный, уровень характеризует организацию, строение и функции различных клеточных структур — хромосом, митохондрий, рибосом и др. Каждая из этих клеточных структур во всех живых организмах несет свои, только ей присущие свойства для обеспечения жизнедеятельности клетки. Так, хромосомы отвечают за хранение и передачу наследственной информации (генетического кода); митохондрии снабжают клетку энергией для существования; хлоропласты, расположенные в растительных клетках и содержащие хлорофилл, превращаю! солнечную энергию в энергию химических связей; с участием рибосом происходит синтез белковых молекул, а специальные структуры — лизосомы содержат ферменты, расщепляющие биополимеры.
Клеточный уровень организации связан с морфологической организацией клетки, специализацией клеток в ходе развития организма, функциями клеточной мембраны, механизмами и регуляцией деления клеток. Исследования на лом уровне позволяют решать важнейшие проблемы медицины, в частности лечение онкологических заболеваний.
Органотканевый уровень организации отражает строение и функции отдельных органов и составляющих их тканей.
Организменный уровень связан с изучением особей и свойственных им, как целому, черт строения, механизмов адаптации (приспособления) и поведения.
Разделение живой материи по уровням организации хотя и отражает объективную реальность, но в то же время является условным. Например, проблемы эволюции или индивидуального развития следует рассматривать с учетом молекулярного, субклеточного, клеточного и органотканевого уровней. Представляя собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, все уровни организации объединены в единую биологическую систему. Эта биологическая система обладает свойствами целостности (т. е. свойства системы не сводятся к сумме свойств элементов), относительной устойчивости, а также способностью к адаптации по отношению к внешней среде, развитию, самовоспроизведению и эволюции.
Происхождение всех земных существ от общего корня подтверждается далеко идущими совпадениями в их фундаментальных особенностях. В природе часто встречаются родственные признаки у чрезвычайно далеких друг от друга организмов. Основные черты сходства эволюционного единства всех живых существ проявляются по многим направлениям. Так, все организмы имеют очень близкий химический состав, в котором углерод выступает важнейшим строительным элементом. Например, в глюкозе содержание углерода достигает более 30%. Белковые молекулы всех организмов построены из одних и тех же 20 аминокислот, в то время как в тканях живых существ встречается более 100 аминокислот, не входящих в состав белков. Тела практически всех организмов состоят из клеток (исключение составляют вирусы). Клетки животных и растений построены по единому плану. Подавляющее большинство организмов имеет клетки с клеточным ядром. Основная схема строения ядра едина для животных и растений. Деление таких клеток осуществляется единым, непрямым способом, при этом дочерние клетки получают такое количество хромосом, которое содержалось в материнской клетке. Образованию половых клеток у всех животных и растений предшествует процесс редукции (уменьшения в два раза) числа хромосом. Принципы построения генетического кода едины для всех организмов. А механизм копирования наследственной информации у всех живых существ реализуется с помощью удвоения молекул нуклеиновых кислот. Кроме того, основные вещества, отвечающие за дыхание (хлорофилл у растений и гемоглобин у животных), очень близки по химическому составу.
Все эти данные свидетельствуют о единстве происхождения животных и растений, а также о родстве всех живых организмов, произошедших от общих предков. 
<< | >>
Источник: Большаков В.Н., Качак В.В., Коберниченко В.Г.. Экология: Учебник. Изд. 2-е, перераб. п доп. 2005

Еще по теме Особенности функционирования живых организмов и живых систем:

  1. Адаптация живых организмов. Закон толерантности
  2. Особенности функционирования и закономерности эволюции международных систем
  3. 5.6. ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАЦИОНАЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ США
  4. ГЛАВА 6 ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННЫХ МЕЖДУНАРОДНЫХ СИСТЕМ
  5. 15.1. Особенности функционирования жилищно- коммунального хозяйства. Тарифная политика
  6. 4.3. Режимы функционирования системы обеспечения национальной безопасности
  7. 12.2. Мировая валютная система: структура и механизм функционирования
  8. Тема 4.1. Структурные элементы и механизмы функционирования политических систем
  9. Глава 4. СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАЦИОНАЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ: ЗАДАЧИ, СТРУКТУРА И РЕЖИМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
  10. Закономерности функционирования экосистем
  11. Особенности психотерапевтической системы
  12. § 2. Система источников трудового права и ее особенности