ВЗАИМОСВЯЗЬ ПРОЦЕССОВ ПЛАСТИЧЕСКОГО И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНАИтак, процесс биосинтеза белка ярко демонстрирует, что пластический и энергетический обмен неразрывно связаны. Они представляют собой две стороны одного процесса — обмена веществ. Биосинтез белка, синтез нуклеиновых кислот, углеводов и жиров требует затрат энергии в виде макроэргических связей АТФ. Накапливается АТФ в процессе энергетического обмена. С другой стороны, для протекания разных стадий энергетического обмена необходимы белки-ферменты и различные внутриклеточные структуры, например мембраны митохондрий для окислительного фосфорилирования, которые являются продуктами пластического обмена. Поскольку внутриклеточные органоиды и различные белки в результате жизнедеятельности постепенно разрушаются, пластический обмен должен протекать постоянно для их непрерывного обновления. Это, в свою очередь, требует непрерывного поддержания высокого уровня АТФ в клетке, что достигается в результате постоянного протекания реакций энергетического обмена. В организме человека, например, в течение суток образуется и расходуется около 50 кг АТФ. На разных этапах развития организмов процессы пластического и энергетического обмена могут протекать с разной интенсивностью. Так, например, в растущем организме процессы пластического обмена преобладают над процессами энергетического обмена. Это обеспечивает рост организма и накопление им различных органических веществ. Ярким примером смены преобладания одного из процессов над другим является зимняя спячка млекопитающих (суслики, сурки, летучие мыши и т.д.). Весной и в начале лета при изобилии кормов эти животные размножаются, интенсивно растут и накапливают (запасают) значительные количества питательных веществ (в основном, в виде бурого жира), т.е. процесс ассимиляции значительно преобладает над диссимиляцией. Во время зимней спячки, когда корма для них недоступны, животные расходуют накопленные запасы жира для получения энергии, необходимой для поддержания температуры тела и постоянства внутренней среды, т.е. энергетический обмен значительно преобладает над пластическим. За время спячки масса тела может уменьшиться на 40—50%. Преобладание диссимиляции над ассимиляцией наблюдается при интенсивной мышечной работе (поэтому при тяжелом физическом труде необходимо усиленное питание), а также при старении организмов, которое часто сопровождается уменьшением массы тела вплоть до истощения. Таким образом, две стороны обмена веществ — пластический и энергетический обмен — неразрывно связаны друг с другом. Они протекают непрерывно и одновременно, хотя и с разной интенсивностью на разных стадиях клеточного цикла или развития организмов. ВИРУСЫ Вирусы представляют собой простейшую, неклеточную форму жизни. Они являются внутриклеточными паразитами, т.е. способны проявлять основные свойства живого только в клетке организма-хозяина. Вирусы были открыты в конце прошлого века русским ученым Д.И.Ивановским, который уже тогда отметил два основных свойства вирусов: они настолько малы, что способны проходить через фильтры, задерживающие бактерии, кроме того, их невозможно выращивать на искусственных питательных средах. Увидеть и изучить строение вирусов удалось только с помощью электронного микроскопа. Размеры вирусных частиц, или, как их еще называют, вирионов, варьируют от 20 до 2000нм. Вирионы представляют собой симметричные тела, состоящие из многочисленных молекул капсидных белков одного или нескольких типов. Большинство вирусных частиц построены по кубическому или спиральному типу симметрии. Так, например, вирус табачной мозаики (ВТМ) (рис.Х.35) состоит из идентичных молекул белка оболочки, спирально расположенных вдоль одноцепочечной молекулы РНК.
Внутри вириона находится генетический материал вируса. Он представлен только одним типом нуклеиновой кислоты — либо ДНК, либо РНК. Нуклеиновая кислота может быть линейная или кольцевидная, одно- или двухцепочечная. Вирусный набор генов (геном), как правило, невелик: у самых малых вирусов он доставляет всего лишь 3500 нуклеотидов. Но даже в таком небольшом геноме закодированы белки, присылающие у всех вирусов: ферменты, необходимые для репликации вирусного генома, и белки оболочки (капсидные белки). Вирусы вызывают самые разнообразные заболевания у представителей всех царств органического пира: бактерий, грибов, растений, животных и человека. К числу вирусных инфекций человека относятся грипп, корь, оспа, инфекционные гепатиты, а также СПИД (синдром приобретенного иммунодефидита). Как уже отмечалось выше, вирусы вне клетки организма хозяина не способны к самостоятельному существованию, у них отсутствуют собственные обмен веществ и энергии. Попадая в клетку, вирус освобождается от белков оболочки и переключает обмен веществ клетки на синтез собственных белков и генетического материала. Более подробно рассмотрим жизненный цикл вирусов на примере бактериофагов — группы вирусов, приспособившихся к паразитированию в клетках бактерий. Бактериофаг (рис.Х.36) состоит из белковой головки икосаэдрической формы, внутри которой заключен генетический материал вируса. К ней присоединен полый цилиндрический отросток, окруженный чехлом из сократительных белков и заканчивающийся шестиугольной пластинкой с шестью длинными фибриллами (нитями). Такая сложная форма вириона предназначена для впрыскивания ДНК вируса внутрь бактериальной клетки. В зараженной клетке происходит синтез ферментов фага на матрице вирусной нуклеиновой кислоты за счет трансляционного аппарата бактерии. ДНК фага реплицируется, вместе с тем синтезируются новые белки оболочки вируса. Новосинтезированные молекулы нуклеиновой кислоты и капсидных белков образуют новые вирионы, которые в определенный момент покидают клетку бактерии, вызывая ее гибель. Такой тип инфекции называют литическим. При вирусной инфекции другого типа, называемой латентной, ДНК вируса может встраиваться в геном клетки, воспроизводиться при ее делении и передаваться дочерним клеткам. При определенных условиях латентный вирус активизируется, размножается, и его потомки покидают клетки, т.е. инфекция в дальнейшем развивается по литическому типу. Один и тот же вирус может вызывать литическую или латентную инфекцию.
Таким образом, вирусы являются паразитами на внутриклеточном уровне, которые используют биохимический аппарат клетки для размножения и экспрессии собственного генетического материала. Иными словами, вирусы — это автономные генетические элементы, которые не способны развиваться вне клетки. Поэтому существуют теории возникновения вирусов из неких клеточных форм, которые сильно дегенерировали в ходе приспособления к паразитизму. Биологическое значение вирусов в первую очередь связано с их патогенным действием, т.е. с их способностью вызывать различные заболевания. Во-вторых, зачастую вирусная инфекция не проходит для клетки бесследно: в ее геноме могут происходить различные мутации, которые остаются в генетическом материале клетки. Помимо этого, некоторые ученые рассматривают вирусы как переносчиков генетической информации между различными видами живых существ.
КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ И ЕЕ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.. 1 ПРОКАРИОТЫ И ЭУКАРИОТЫ.. 2 СТРУКТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ.. 3 ЦИТОПЛАЗМА. 3 ОБЩИЕ СВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН.. 4 ПЛАЗМАЛЕММА. 4 МЕМБРАННЫЕ ОРГАНОИДЫ КЛЕТКИ.. 5 НЕМЕМБРАННЫЕ КЛЕТОЧНЫЕ ОРГАНОИДЫ.. 9 ВКЛЮЧЕНИЯ.. 11 ЯДРО.. 11 ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ.. 14 ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЖИВЫХ КЛЕТОК.. 14 НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА. 14 ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА. 16 ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ - ОСНОВА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ КЛЕТКИ 29 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН В КЛЕТКЕ И ЕГО СУЩНОСТЬ. ЗНАЧЕНИЕ АТФ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ОБМЕНЕ. 29 ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН.. 35 ФОТОСИНТЕЗ. 35 БИОСИНТЕЗ БЕЛКА. 38 ВЗАИМОСВЯЗЬ ПРОЦЕССОВ ПЛАСТИЧЕСКОГО И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА. 42 ВИРУСЫ.. 43
|
