ВЗАИМОСВЯЗЬ ПРОЦЕССОВ ПЛАСТИЧЕСКОГО И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА

Итак, 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.

Рис.Х.35. Схематическое изображе­ние вируса табачной мозаики

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.

Рис.Х.36. Схематическое изображение бактериофага

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