Подвижное равновесие живой клетки.

 


 

 

КАК УДАЕТСЯ КЛЕТКЕ НЕ УПУСТИТЬ НИЧЕГО ИЗ ВИДУ?

Все течет! "Если у вас есть собака, вы, наверное, думаете, что и через 5 лет у вас все та же собака по-прежнему отзывается на свою кличку. Но если рассматривать животное как комплекс материальных компонентов, в действительности от сегодняшней собаки через 5 лет практически ничего не останется: в ее организме через такое время не сохранится почти ни одной сегодняшней молекулы и лишь очень мало клеток вашего молодого любимца. Основываясь на этих данных о постоянном обновлении всего живого, вам, по-видимому, нетрудно сделать кое-какие занимательные выводы, касающиеся ваших знакомых и жены". Так образно описал Людвиг фон Берталанфи, один из основателей теоретической биологии, возможные следствия приложения его теории равновесия в живых системах. Уже древнегреческий философ Гераклит Эфесский (конец VI - начало V в. до н.э.) выразил идею непрерывного изменения, становления [panta rhei (лат.) - все течет].

Живой организм - это открытая система. Для своего функционирования он не должен быть в состоянии равновесия, а только к нему стремиться. Система поддерживается в состоянии подвижного равновесия, т. е. постоянно поступают одни вещества и выводятся другие. Только благодаря постоянному поступлению веществ может поддерживаться подвижное равновесие живых клеток. Для этого в одной - единственной клетке протекают одновременно или последовательно несметное множество химических реакций обмена веществ. Все эти реакции взаимосогласованы. В состоянии покоя или активности, голода, роста и размножения, при жаре или холоде должна сохраняться высокая упорядоченность протекания процессов обмена веществ, которым необходимо "гибко приспосабливаться" к изменившимся условиям. Без согласования и контроля процессов жизнедеятельности возник бы хаос, который привел бы к отмиранию клеток, а далее к болезни или гибели всего организма. Поэтому любое живое существо имеет густую сеть регуляторных и контрольных механизмов, основывающихся на различных принципах. На клеточном уровне решающую роль в ее функционировании играют ферменты.

"Рабочие" на конвейере клеточной фабрики. Подобно рабочим на настоящей фабрике, большинство ферментов "клеточной фабрики" организовано в длинный "конвейер", имеющий многочисленные ответвления, а также циркулирующим образом работающие участки. В самом простом случае молекулы ферментов свободно "плавают" в цитоплазме клетки. Например, в цитоплазме только одной клетки находится от 50000 до 100000 молекул важнейших ферментов, расщепляющих глюкозу. Их небольшие по размеру субстраты и конечные продукты каждый своим путем могут относительно быстро пересекать цитоплазму, двигаясь от одного фермента к другому. Тем не менее часто, казалось бы, крайне малые участки клетки превращаются в настоящую преграду для реакций обмена веществ. Активаторы, ингибиторы и ферменты, участвующие в других процессах обмена веществ, могут очень легко помешать протеканию данных реакций.

Более сложные по структуре ферменты избегают этих помех и повышают свою эффективность, накапливаясь в определенных местах и образуя комплекс. Эти структуры, образованные обычно большим числом различных ферментов, называются мультиферментными системами. В течение длительного времени биохимик из ФРГ лауреат Нобелевской премии Феодор Линен изучал механизм синтеза жирных кислот в клетке. Он обнаружил, что ферменты, регулирующие синтез жирных кислот, образуют большую мультиферментную систему. У дрожжей она состоит из семи различных прочно связанных между собой ферментов (рис. 12). мультиферментные системы В такой мультиферментной системе расстояния в пространстве для протекания реакций минимальны: субстрат передается непосредственно "из рук в руки" и покидает систему лишь тогда, когда уже имеется конечный продукт.

Рис.12
Мультиферментные системы. Вверху-при использовании синтетазы жирных кислот субстрат перемещается по кругу от центральной субъединицы с помощью «молекулярного поворотного рычага» (по Линену, с изменениями).
Внизу -8-12 мембраносвязанных молекул цитохрома Р-450 окружают, подобно ободу, молекулу редуктазы, которой они поставляют электроны от кофермента НАДФ-Н.

Таким образом исключаются любые мешающие воздействия.

Уже с помощью первых электронных микроскопов было показано, что клетку отнюдь нельзя рассматривать как большой мешок, в котором все компоненты перемешаны, как попало. Клетка скорее пронизана сетью каналов и мембран, содержащих различные структуры, отделенные друг от друга мембранами. Подобно зданию фабрики, клетка разделена на различные функциональные "помещения" - компартменты. "Стены, трубы и провода" образуются мембранами, которые также отделяют особые отделы клетки: "командный пункт" - клеточное ядро, "электростанции" - митохондрии, "производственные цеха" - рибосомы, где и происходит образование белка. Как на настоящем производстве, где определенному цеху или рабочему месту придаются определенные машины и механизмы, обслуживаемые соответствующими специалистами, каждому отделу клетки "приданы" совершенно определенные ферменты. То тут, то там в клетке протекают несовместимые процессы, строго обособленные в своих "помещениях". мультиферментные системы в различных зонах клетки Например, жирные кислоты образуются в цитоплазме клетки, а расщепляются в митохондриях, отделенных от цитоплазмы мембранами. Мембраны являются не только барьерами для ферментов, они также позволяют накапливать в определенных местах большие количества субстратов, соединять ферментативные реакции и упорядочивать их протекание в пространстве. Накапливаются новые подтверждения тому, что многие (если не большинство) ферментов в клетке находятся не в свободном, а в связанном с различными структурами состоянии. При этом значительная часть ферментов "плавает" в липидной среде мембран. Такой мембраносвязанной мультиферментной системой является цитохром Р-450 (рис. 12).

У клетки имеется два принципиально возможных способа регуляции обмена веществ с помощью ферментов: грубая и тонкая регуляция. "Стратегическое" приспособление клетки к изменившимся условиям, грубая регуляция обмена веществ, происходит путем изменения числа и локализации определенных ферментов. В большинстве случаев - это ответ клетки на общее изменение жизненных условий. Например, у микроорганизмов - на изменения условий питания. Эта регуляция осуществляется с помощью генетического аппарата клетки, и поэтому она протекает довольно медленно и тяжело. "Тактическое" приспособление клетки, тонкая регуляция обмена веществ, напротив, осуществляется путем преобразования уже имеющихся ферментов. Благодаря химическим и физическим изменениям молекулы ферментов активируются или ингибируются. Для всех процессов тонкой регуляции характерно, что они позволяют клетке очень быстро реагировать на изменения условий, произошедшие за очень короткий промежуток времени, часто за доли секунды, как, например, в случае смертельной опасности.

Предыдущая     Следующая

Вернуться на главную

загрузка...

Для чего нужны витамины.
Для чего нужны микроэлементы.
Ферменты, яды и лекарства.
Ферменты, сульфамиды и антибиотики.
Как действуют нервно-паралитические газы.
Подвижное равновесие живой клетки.
Стрессовый гормон адреналин.
Регуляторные ферменты.
Почему нельзя пить спиртное во время приема лекарств.
Накопление вредных веществ в организме человека.
Превращение безвредных веществ в ядовитые (мутагенные).
Алкоголь и ферменты печени.
Диагностика - ферменты, тест-полоски.
Использование ферментов в терапии.
Ферменты и гемофилия.


 

Новое на сайте:
Серия статей о анализах крови, мочи, кала
Серия статей по биохимии крови
Серия статей о шейном остеохондрозе
Комплекс утренней зарядки
Простатит
Нефрит