10 місяців тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Органические вещества и заключенная в них энер­гия, образовавшаяся в клетках любого организма в процессе ассимиляции, претерпевают обратный про­цесс — диссимиляцию. При диссимиляции освобож­дается химическая энергия, которая в организме же превращается в различные формы энергии — механи­ческую, тепловую и т. д. Освобожденная при диссими­ляции энергия является той самой материальной осно­вой, которая осуществляет все жизненные процессы — синтез органических веществ, саморегулирование организма, рост, развитие, размножение, реакции орга­низма на внешние воздействия и другие проявления жизни.

Диссимиляция, или окисление, у живых организ­мов осуществляется двумя способами. У большинства растений, животных, человека и простейших организ­мов окисление органических веществ происходит с участием кислорода воздуха. Этот процесс получил название «дыхание», или аэробный (от лат. аэр — воз­дух) процесс. У некоторых групп растений, которые способны существовать без воздуха, окисление про­исходит без кислорода, то есть анаэробным путем, и называется брожением. Рассмотрим каждый из этих процессов в отдельности.

Понятие «дыхание» первоначально означало лишь вдыхание и выдыхание воздуха легкими. Затем «ды­ханием» стали называть обмен газами между клеткой и окружающей ее средой — потребление кислорода и выделение углекислоты. Дальнейшие углубленные исследования показали, что дыхание является очень сложным многоступенчатым процессом, который со­вершается в каждой клетке живого организма с обяза­тельным участием биологических катализаторов — ферментов.

Органические вещества, прежде чем превратиться в «топливо», дающее энергию клетке и организму в целом, должны быть соответствующим образом обра­ботаны с помощью ферментов. Эта обработка заключа­ется в расщеплении крупных молекул биополимеров — белков, жиров, полисахаридов (крахмала и гликоге­на) — в мономеры. Тем самым достигается определен­ная универсализация питательного материала.

Таким образом, вместо многих сотен различных полимеров, например пищи, в кишечнике животных образуется несколько десятков мономеров — аминокислот, жирных кислот, глицерина и глюкозы, кото­рые затем доставляются клеткам тканей животных и человека по кровеносным и лимфатическим путям. В клетках происходит дальнейшая универсализация этих веществ. Все мономеры превращаются в более простые молекулы карбоновых кислот с углеродной цепочкой, содержащей от двух до шести атомов. Если мономеров насчитывается несколько десятков, из них двадцать аминокислот, то карбоновых кислот всего десять. Так окончательно утрачивается специфика пи­тательных веществ.

Но и карбоновые кислоты являются лишь предшест­венниками материала, который можно назвать «био­логическим горючим». Они непосредственно еще не могут быть использованы в энергетических процессах клетки. Следующий этап универсализации — отщеп­ление от карбоновых кислот водорода. При этом обра­зуется углекислый газ (СО2), который организм выды­хает. Атом водорода содержит электрон и протон. Для энергетики клетки и организма в целом (биоэнергети­ки) роль этих составных частей атома далеко не равно­ценна. Энергия, заключенная в атомном ядре, недо­ступна для клетки. Превращение же электрона в атоме водорода сопровождается выделением энергии, кото­рая используется в процессах жизнедеятельности клет­ки. Поэтому освобождением электрона заканчивается последний этап универсализации биологического топ­лива. В этот период специфика органических веществ, их составных частей и карбоновых кислот не имеет значения, ибо все они в конечном счете приводят к образованию носителя энергии — электрона.

Возбужденный электрон соединяется с кислородом. Приняв два электрона, кислород заряжается отрица­тельно, присоединяет два протона и образует воду. Так совершается акт клеточного дыхания.

Окисление органических веществ в клетках про­исходит в митохондриях, которые, как уже было отме­чено в предыдущей брошюре, играют роль динамомашины, преобразующей энергию сгорания углеводов и жиров в энергию аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

Окислению в организме подвергаются в первую очередь углеводы. Начальные и конечные процессы окисления углеводов можно выразить такой суммар­ной формулой: C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + энергия.

В животном и растительном организмах процесс дыхания в основе своей одинаков: биологический смысл его в обоих случаях состоит в получении энер­гии каждой клеткой в результате окисления органиче­ских веществ. Образуемая при этом АТФ используется как аккумулятор энергии. Именно этим аккумулято­ром восполняется потребность в энергии, в каком бы месте клетки любого организма она не возникла.

В процессе дыхания растения совершенно так же, как и животные, потребляют кислород и выделяют углекислый газ. Как у животных, так и у растений дыхание идет непрерывно днем и ночью. Прекращение дыхания, например путем прекращения доступа кисло­рода, неминуемо приводит к смерти, так как жизне­деятедьность клеток не может поддерживаться без непрерывного использования энергии. У всех живот­ных, за исключением микроскопически малых, кисло­род не может проникнуть в достаточном количестве непосредственно в клетки и ткани из воздуха. В этих случаях газообмен со средой осуществляется при помо­щи специальных органов (трахей, жабр и легких). У позвоночных снабжение кислородом каждой отдель­ной клетки происходит через кровь и обеспечивается работой сердца и всей кровеносной системы. Слож­ность газообмена у животных долгое время мешала выяснить истинную сущность и значение тканевого дыхания. Ученым нашего столетия потребовалось мно­го усилий для доказательства того, что окисление со­вершается не в легких и не в крови, а в каждой живой клетке.

В растительном организме механизмы газообмена значительно проще, чем у животных. Кислород возду­ха проникает в каждый лист растений через особые отверстия — устьица. Газообмен у растений осущест­вляется всей поверхностью тела и связан с передвиже­нием воды по сосудистым пучкам.

Организмы, у которых окисление происходит за счет свободного кислорода (атмосферного или раство­ренного в воде), называются, как уже было отмечено выше, аэробными. Этот тип обмена свойствен подавля­ющему большинству растений и животных.

Все живые существа на Земле в процессе дыхания ежегодно окисляют миллиарды тонн органических веществ. При этом освобождается огромное количество энергии, которая используется во всех проявлениях жизни.

Французским ученым Л. Пастером еще в прошлом столетии была показана возможность развития неко­торых микроорганизмов в бескислородной среде, то есть «жизнь без воздуха». Окисление органических веществ без участия кислорода называется брожением, а организмы, способные к активной жизни в лишенной кислорода среде, называются анаэробными. Таким об­разом, брожение — это форма диссимиляции при ан­аэробном типе обмена.

При брожении в отличие от дыхания органические вещества окисляются не до конечных продуктов (СО2 и Н2О), а образуются промежуточные соединения. Энер­гия, заключенная в органических веществах, освобож­дается не вся, часть ее остается в промежуточных сбраживающих веществах.

Брожение так же, как и дыхание, осуществляется через ряд сложных химических реакций. Например, конечные результаты спиртового брожения изобража­ются следующей формулой:

С6Н12О6 = 2СО2 + 2С2Н5ОН + 25 ккал/г • моль.

В результате спиртового брожения из сахара (глю­козы) образуется продукт неполного окисления — эти­ловый спирт — и освобождается только небольшая часть энергии, содержащейся в углеводах.

Примером анаэробных организмов могут служить дрожжевые грибки, которые получают энергию для жизнедеятельности, ассимилируя углеводы и подвер­гая их спиртовому брожению в процессе диссимиля­ции. Многие анаэробные микроорганизмы расщепляют углеводы до молочной, масляной, уксусной кислот и других продуктов неполного окисления. Некоторые виды бактерий могут использовать в качестве источни­ка энергии не только сахара, аминокислоты и жиры, но и продукты выделения животных, как, например, мочевину и мочевую кислоту, содержащиеся в моче, и вещества, входящие в состав экскрементов. Даже пени­циллин, убивающий многие бактерии, используется одним из видов бактерий как питательное вещество.

Анаэробный обмен встречается в основном в мире микроорганизмов. Из многоклеточных в значительной мере за счет анаэробного обмена живут кишечные па­разиты (круглые и ленточные глисты и др.), обитаю­щие в среде с очень малым содержанием свободного кислорода. Среди микроорганизмов есть много аэроб­ных, а также форм, способных к обоим типам обмена.

Таким образом, в процессе синтеза органических соединений в них как бы «консервируется» или запа­сается затраченная на их синтез энергия химических связей. Она снова освобождается при обратном процес­се разложения органических веществ. В энергетиче­ском отношении живые существа являются, как уже говорилось, открытыми системами. Это значит, что они нуждаются в поступлении энергии извне в форме, ко­торая позволяет использовать ее для выполнения ра­боты, неразрывно связанной с жизненными проявле­ниями, и выделяют в окружающую среду эту же энергию, но уже в обесцененной форме, например в форме тепла, которое рассеивается в окружающей сре­де. Благодаря непрерывным процессам синтеза и распада, ассимиляции и диссимиляции в живых существах идет постоянный круговорот веществ и превращение энергии. Какое количество энергии было поглощено, столько же ее выделяется при диссимиля­ции. Энергия, освободившаяся при диссимиляции, осуществляет процессы, которые характеризуют сущ­ность жизни и все ее проявления.