1. Любой организм представляет собой открытую, неравновесную, самообновляемую, саморегулируемую, саморазвивающуюся, самовоспроизводящуюся активную систему. Протекающие в ней биохимические процессы характеризуются пространственно-временной упорядоченностью и направлены на самообновление и воспроизведение системы в целом.
2. Открытость живой системы проявляется в ее обмене веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Неравновесность живой системы выражается в ее неизбежном изменении.
3. Самообновляемость живой системы заключается в постоянной замене разрушаемых веществ живого тела вновь синтезируемыми. Этот процесс обеспечивает самосохранение системы. Саморегулируемость выражается в поддержании в живом теле условий, необходимых для ее самосохранения.
4. Способность живой системы к саморазвитию и самовоспроизведению, как и любые другие ее свойства, подконтрольна действию естественного отбора. Она определяет структурно-функциональную организацию живого тела, его общебиологические и конкретные свойства, обеспечивающие самосохранение биологических систем в их индивидуальном и историческом развитии.
5. Непосредственные причины, определяющие способность живой системы к саморазвитию и самовоспроизведению, — структурно-функциональные особенности нуклеиновых кислот и белков, старение и обновление живого тела, процесс обмена веществ в целом.
6. Активность живой системы проявляется в ее избирательности по отношению к внешним источникам питательных веществ, энергии и информации, в раздражимости (активной, в частности двигательной, реакции на внешние воздействия), в образовании адаптивных ферментов, иммунологических реакциях, активных формах поведения.
7. Превращение веществ в живом теле выражается в многоступенчатых каталитических процессах, которые образуют линейные и разветвленные цепи, замкнутые циклы и сети биохимических реакций живого тела. Упорядоченность системы этих реакций обеспечивается механизмами генетического контроля метаболизма путем индукции и репрессии биосин!еза ферментов. Наряду с этим—пространственной разделенностью биохимических реакций в клетке, регуляцией активности ферментов путем изменения концентрации субстратов, активаторов и ингибиторов, мультиферментной организацией многоступенчатых реакций, гормональной и нейро-гуморальной регуляцией ферментативного катализа. Функционирование этих системно-регуляторных факторов метаболизма, действующих в основном по принципу обратной связи, подчинено сохранению и развитию организма как целого. Если первый закон Энгельса характеризует субстанциональные, вещественные свойства живой материи, то закон Берталанфи касается функциональных особенностей живых тел, наиболее общих свойств тех физиолого-биохимических процессов, которые в них протекают. Вслед за Людвигом фон Берталанфи (1901 — 1972), рассматривая организм как открытую систему, мы прежде всего имеем в виду, что для ее существования необходим обмен со средой веществом и энергией. В связи с этим напомним некоторые общие представления и факты.
К питательным веществам автотрофных организмов относятся неорганические соединения, главным образом СОз, ионы аммония, азотной, фосфорной кислот, калия, кальция, натрия, соединения, содержащие так называемые микроэлементы, необходимые в сравнительно небольших количествах (Fe, Mg, Mn, В, Си, Zn и др.). Основную группу автотрофных организмов составляют зеленые растения. Энергетическим источником для них служит световая энергия Солнца. Поэтому их называют также фототрофными организмами. Кроме зеленых растений, к ним принадлежат синезеленые водоросли и фо-тосинтезирующие бактерии. Особую группу автотрофных организмов составляют хемотрофные бактерии, которые получают энергию в процессе превращения неорганических соединений.
Для питания гетеротрофных организмов нужны органические соединения: белки, жиры, углеводы, витамины. Эти организмы, как и автотрофные, нуждаются также в неорганических соединениях калия, кальция, натрия и микроэлементов. К гетеротрофным организмам принадлежат все животные, грибы и многие микроорганизмы.
Надо отметить, что белки, жиры и сложные углеводы в пищеварительном тракте животных под действием ферментов расщепляются на составные части — аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды, которые и поступают в кровь. Из этих соединений в клетках организма происходит биосинтез веществ живого тела. Энергетическим источником для гетеротрофных организмов служит химическая энергия питательных веществ, подвергаемых в организме биологическому окислению.
У большинства животных и растений биологическое окисление происходит при участии молекулярного кислорода, в котором нуждаются все аэробные организмы. У них процесс биологического окисления происходит в форме дыхания. Существуют, однако, обширные группы организмов, у которых источником кислорода для биологического окисления являются органические кислородсодержащие соединения, главным образом углеводы. В этом случае биологическое окисление происходит в форме брожения, сущность которого раскрыл Луи Пастер. Организмы, не нуждающиеся в свободном кислороде, называют анаэробными. К ним принадлежат многие микроорганизмы и некоторые паразитические животные. Следует иметь в виду, что биологическое окисление без участия молекулярного кислорода как звено метаболизма происходит и в аэробных организмах. Кроме того, имеются факультативные анаэробы, у которых в зависимости от условий биологическое окисление происходит тем или иным способом.
Основной источник азота для гетеротрофных организмов — белки, для автотрофных — соли азотной кислоты и аммония. Однако некоторые микроорганизмы способны к усвоению молекулярного азота. К ним относятся клубеньковые бактерии, азотобактер, азотфикси-рующие синезеленые водоросли.
Необходимость поступления в организм воды, очевидно, не нуждается в комментариях. Обезвоживание организма часто приводит к смерти. Однако многие виды выдерживают значительное обезвоживание, сохраняя жизнеспособность. Такое состояние, при котором жизнедеятельность резко затухает, но жизнеспособность сохраняется, называют анабиозом. Помимо обезвоживания, состояние анабиоза может вызвать понижение температуры. Анабиозу подвержены микроорганизмы, растения умеренного и холодного климата, многие животные как беспозвоночные, так и позвоночные. У многих видов анабиоз —: нормальный этап жизненного цикла. 36
Это биологическое приспособление к перенесению неблагоприятных для жизнедеятельности условий (например, зимой) или к распространению в пространстве (например, в форме спор или семян).
В понимании системной организации биохимических процессов важное место принадлежит принципу регулирования на основе обратной связи. Под обратной связью понимают воздействие результатов функционирования системы на характер этого функционирования. В биохимических процессах обратная связь выражается в воздействии продуктов реакции на ход этой реакции. Особое значение в живых системах имеет отрицательная обратная связь, ослабляющая течение биохимического процесса под действием его продукта. Отрицательная обратная связь стабилизирует функционирование системы, делает ее работу устойчивой.
Следует, однако, иметь в виду, что устойчивость биохимической системы организма неабсолютна. Напротив, такую систему можно характеризовать как находящуюся в состоянии устойчивого неравновесия. Один из видных теоретиков биологии, советский и венгерский ученый Э. С. Бауэр (1890—1942), сформулировавший принцип устойчивого неравновесия живых систем и построивший на нем концепцию теоретической биологии, писал: «Всем живым существам свойственно прежде всего самопроизвольное изменение своего состояния, т. е. изменение состояния, которое не вызвано внешними причинами, лежащими вне живого существа...» (Бауэр, 1935. — С. 22).
Комментариев нет:
Отправить комментарий