Вирусы не способны к самостоятельной жизнедеятельности

История открытия

В 1892 году Д.И. Ивановский, изучая мозаичную болезнь табака, установил, что причиной заболевания является некое инфекционное начало, содержащееся в листьях больных растений, которое проходит через фильтр, задерживающий обыкновенные бактерии. Если профильтрованный сок внести в листья здоровых растений, то они также заболевают мозаичной болезнью.

В 1898 году независимо от Ивановского аналогичные результаты получил голландский микробиолог М. Бейеринк. Однако он предположил, что мозаичную болезнь табака вызывают не мельчайшие бактерии, а некое жидкое заразное начало, которое он назвал фильтрующим вирусом.

Размеры вирусов определяются нанометрами (20-200 нм), поэтому их изучение началось после открытия электронного микроскопа. В настоящее время описаны вирусы практически всех групп живых организмов.

На сегодня известно, что вирусы существуют в двух формах: покоящейся, или внеклеточной, и воспроизводящейся, или внутриклеточной. Свободноживущих вирусов нет, все они внутриклеточные паразиты на генетическом уровне.

Строение вирусов

Вирусы условно делят на простые и сложные. Простые вирусы остоят из фрагмента генетического материала (РНК или ДНК), составляющего сердцевину вируса, и защитной оболочки, которая называется капсид. Капсид представляет собой комплекс из субъединиц белка — капсомеров. У некоторых вирусов (герпес, грипп) есть дополнительная липопротеидная оболочка – суперкапсид, которая возникает из плазматической мембраны клетки-хозяина. В состав суперкапсида также входят гликопротеины и неструктурные белки-ферменты.

Вирусы не способны к самостоятельной жизнедеятельности. Они могут проявлять свойства живого, только попав в клетку-хозяина. Они используют потенциал и энергию этой клетки для создания своих новых вирусных частиц, следовательно, вирусы являются внутриклеточными паразитами.

Жизненный цикл вирусов

Обычно вирус связывается с поверхностью клетки-хозяина и проникает внутрь. Каждый вирус ищет своего хозяина, то есть клетки строго определенного вида. Например, вирус – возбудитель гепатита проникает и размножается только в клетках печени, а вирус эпидемического паротита (свинка) – только в клетках околоушных слюнных желез человека.

Проникнув внутрь клетки-хозяина, вирусная ДНК или РНК начинает взаимодействовать с ее генетическим аппаратом таким образом, что клетка начинает синтезировать белки, свойственные вирусу.

ДНК- и РНК-содержащие вирусы

В зависимости от содержащегося генетического материала вирусы подразделяются на ДНК-содержащие и РНК-содержащие.

Одноцепочные РНК-содержащие вирусы подразделяются на:

Плюс-нитевые (положительные). Плюс-нить РНК этих вирусов выполняет наследственную (геномную) функцию и функцию информационной РНК (иРНК).

2. Минус-нитевые (отрицательные). Минус-нить РНК этих вирусов выполняет только наследственную функцию.

К РНК-содержащим вирусам относятся более вирусов, вызывающих респираторные заболевания, а также вирус гриппа, кори, краснухи, свинки, ВИЧ. Также существует специфическая группа вирусов – арбовирусы, которые переносятся членистоногими.

Двухцепочные ДНК-содержащие вирусы вызывают такие заболевания, как папиллома человека или герпес, гепатит В (гепатит А и гепатит С вызывается РНК-содержащими вирусами).

ДНК-содержащие вирусы поражают также растения. Они вызывают, например, золотую мозаику бобов или полосатость у кукурузы.

Бактериофаги

В дословном переводе с древнегреческого языка, бактериофаги — это пожиратели бактерий. Под этим биологическим термином подразумеваются вирусы, которые избирательно поражают бактериальные клетки.

Бактериофаги присутствуют везде, где живут бактерии, поэтому средой обитания для них может быть воздух, вода, почва, организм человека, продукты питания, одежда. По своей природе бактериофаги — внутриклеточные вирусные паразиты.

Принцип их деятельности прост: вирус внедряется в клетку бактерии. Его задача — использовать структуру клетки, чтобы размножаться за счет ее резервов.

Особенности строения бактериофага: у такого вируса нет клеточного строения, есть только генетический материал, покрытый сверху белковой оболочкой. Поэтому для размножения им приходится искать подходящие клеточные микроорганизмы.

Фаг начинает губительную для бактерии деятельность с того, что впрыскивает в ее тело собственную генетическую информацию, а затем приступает к активному размножению. Когда бактериальная клетка разрушается, через ее обломки выходит от 100 до 200 новых бактериофагов, незамедлительно приступающих к поражению находящихся рядом бактерий.

Бактериофаги хорошо зарекомендовали себя в качестве действенного средства, которое используется при лечении инфекционных болезней, возбудителями которых являются патогенные бактерии.

Почему вирусы такие красивые?

На самом деле это компьютерная графика. С появлением цифровой обработки изображения со сканирующих электронных микроскопов с изображением можно делать всё, что угодно душе художника, а этом ему помогает 3D-моделирование.

Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П.В. Ижевский, О.А. Корнилова, Т.Е. Лощилина и др. – 2-е изд., переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стр.
Беляев Д.К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.
Агафонова И.Б., Захарова Е.Т., Сивоглазов В.И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.

Открытие вирусов

В 1892 году Д.И. Ивановский (см. Рис. 1), изучая мозаичную болезнь табака (см. Рис. 2), установил, что причиной заболевания является некое инфекционное начало, содержащееся в листьях больных растений, которое проходит через фильтр, задерживающий обыкновенные бактерии. Если профильтрованный сок внести в листья здоровых растений, то они также заболевают мозаичной болезнью.
Рис. 1. Д.И. Ивановский

Рис. 2. Мозаичная болезнь табака

Строение вирусов

Вирусы – неклеточные формы жизни. Они состоят (см. Рис. 3) из фрагмента генетического материала (РНК или ДНК), составляющего сердцевину вируса, и защитной оболочки, которая называется капсид. У некоторых вирусов (герпес, грипп) есть дополнительная липопротеидная оболочка – суперкапсид, которая возникает из плазматической мембраны клетки-хозяина.

Рис. 3. Строение вируса

Микробы

Первым учёным, догадавшимся, что многие заболевания вызывают невидимые глазу частички, был Гиппократ. Произошло это 3 тыс. лет тому назад. К сожалению, во времена его жизни увеличительной техники, которая могла бы подтвердить эту догадку, ещё не существовало, поэтому человечество смогло убедиться в существовании таких живых частиц лишь после того, как Левенгук 400 лет назад изобрёл микроскоп.

Обнаруженные организмы в 1878 году начали называть микробами, а сейчас они известны всем из школьного курса биологии как микроорганизмы. Увидеть их невооружённым взглядом невозможно, поэтому долгое время диагностика заболеваний, вызванных этими внутриклеточными паразитами, была очень проблематичной. Все микробы имеют размер не более 0,1 мм.

К микробам относят микроорганизмы, не имеющие ядра (например, бактерии), и ядерные эукариоты (грибы и протисты). Следует отметить отдельно, что вирусы к микробам не относятся, они выделяются специалистами в отдельную группу.

Подробным изучением микробов занимаются микробиологи. Учёные объясняют, что эти формы жизни появились задолго до того, как на Земле возникли более сложные организмы, поэтому к паразитизму такие микробы пришли, как к вторичной форме существования. Чтобы подробно изучить микробы, являющиеся внутриклеточными паразитами, понадобилось не одно десятилетие.

Многие микробы, живущие в клетках тела человека, являются симбионтами: они сосуществуют в организме, не вызывая никакого ухудшения самочувствия. Понижение количества таких симбиотических организмов нередко возникает на фоне болезни.

Некоторые из микробов являются условно-патогенными. Это означает, что они могут существовать, как симбионты, а могут провоцировать заболевания. Чаще всего такие изменения происходят после нарушения биологического баланса в организме, например, после болезни, употребления тяжёлых антибиотиков и пр.

Размножение вирусов

Обычно вирус связывается с поверхностью клетки-хозяина и проникает внутрь. Каждый вирус ищет своего хозяина, то есть клетки строго определенного вида. Например, вирус – возбудитель гепатита (желтуха) проникает и размножается только в клетках печени, а вирус эпидемического паротита (свинка) – только в клетках околоушных слюнных желез человека.

Рис. 4. Схема репродукции вируса

При заражении ретровирусом (например, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)), у которого в качестве генетического материала используется молекула РНК, наблюдается другая картина. При попадании ретровируса в клетку-хозяина происходит обратная транскрипция. То есть на основе вирусной РНК синтезируется вирусная ДНК, которая встраивается в ДНК человека. Такой тип взаимодействия вируса с клеткой называется интегративным, а встроенная в состав хромосомы клетки ДНК вируса называется провирусом. Далее провирус реплицируется (удваивается) в составе хромосомы и переходит в геном дочерних клеток. Однако под влиянием некоторых физических и химических факторов провирус может выщепляться из хромосомы клетки и переходить к продуктивному типу взаимодействия, то есть синтезировать новые вирусные частицы.

При заражении ВИЧ человек чувствует себя здоровым, пока вирусный генетический материал встроен в хромосому человека. Однако при выщеплении этого вирусного генетического материала из клетки она начинает образовывать новые вирусные частицы, вследствие чего развивается смертельное заболевание – синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД).

Вирусы являются возбудителями большого количества заболеваний человека: корь, грипп, оспа, краснуха, энцефалит, свинка, гепатиты, СПИД. Известен также целый ряд заболеваний растений, вызываемых вирусами, например мозаичная болезнь табака, томатов, огурцов или скручивание листьев картофеля. Всего описано около 500 видов вирусов, поражающих клетки позвоночных животных, и около 300 вирусов растений. Некоторые вирусы участвуют в злокачественном перерождении клеток и тем самым провоцируют онкологические заболевания.

Вироиды

Вироиды заражают только растения. Одни вызывают экономически важные заболевания сельскохозяйственных культур, в то время как другие являются доброкачественными. Двумя примерами экономически важных вироидов являются кокосный cadang-cadang (он вызывает массовую гибель кокосовых пальм) и вироид рубцовой кожицы яблок, который безнадежно портит товарный вид яблок.

30 известных вироидов были классифицированы в две семьи.

Члены семейства Pospiviroidae, названные по имени вироида клубневого веретена картофеля, имеют палочковидную вторичную структуру с небольшими одноцепочечными областями, имеет центральную консервативную область, и реплицируются в ядре клетки.
Avsunviroidae, названный в честь вироида авокадо, имеет как палочковидную, так и разветвленную области, но не имеет центральной консервативной области и реплицируется в хлоропластах растительной клетки.

В отличие от вирусов, которые являются паразитами механизма трансляции хозяина, вироиды являются паразитами клеточных транскрипционных белков.

ДНК- и РНК-содержащие вирусы

Одноцепочные РНК-содержащие вирусы подразделяются на:

1. Плюс-нитевые (положительные). Плюс-нить РНК этих вирусов выполняет наследственную (геномную) функцию и функцию информационной РНК (иРНК).

2. Минус-нитевые (отрицательные). Минус-нить РНК этих вирусов выполняет только наследственную функцию.

Вирус гепатита С

По своему строению вирус гепатита С – это РНК-содержащий вирус, имеющий сферическую форму, сложно устроенный (см. Рис. 5).

В качестве генетического материала такой вирус содержит линейную однонитчатую молекулу РНК.

Рис. 5. Гепатит С

Вопреки бытующим предрассудкам, подцепить вирус гепатита C невозможно через социальные контакты (поцелуи, объятия), через продукты или воду, через грудное молоко. Вы ничем не рискнете, если разделите с носителем вируса трапезу или напитки. Заразиться гепатитом C можно при контакте с кровью инфицированного человека либо половым путем.

В настоящее время для лечения гепатита С используют два препарата: Интерферон альфа и Рибавирин.

Симптомы паразитов в поджелудочной железе

Очень часто специалисты диагностируют заболевания, спровоцированные различными паразитами. Многие патогенные микроорганизмы поселились в органах пищеварительной системы.

Самыми излюбленными местами являются тонкий и толстый отделы кишечника, печень, но могут паразитировать и в области поджелудочной железы. Поэтому очень важно знать, как проявляются паразиты в этом органе. Симптомы и лечение инвазии помогут точно определить место локализации паразитов и провести эффективную терапию.

Глисты, которые проникли в железу, представляют серьезную опасность для всего организма. Они способны перекрыть просвет органа экзокринной и эндокринной секреции, нарушая при этом его функции, спровоцировать развитие панкреатита.

Существует несколько типов вирулентных паразитарных особей, поражающих панкреас. Большей частью это разнообразные группы гельминтов. К ним относят:

Аскарид – круглых червей, которые являются возбудителями аскаридоза. Они паразитируют в тонкой кишке, прикрепляясь к слизистой. Мигрируя, гельминты способны попасть в продуцента панкреатина, что может привести к образованию в протоке железы пробки из гельминтов. Вследствие чего происходит нарушение передвижения панкреатического сока.
Кошачьих двуусток, относящихся к классу плоских червей. Они очень маленького размера. Провоцируют паразитарное заболевание описторхоз. Находятся в желчном пузыре и его протоках, печени и поджелудочной. При заражении панкреаса развивается панкреатит, который характеризуется опоясывающими болями в подреберьях, диспепсическими расстройствами, нарушением выделительной функции железы.
Эхиноккоков, возбудителей тяжелой длительной патологии – эхинококкоза. Основным признаком, которого считается появление эхинококковых кист в местах локализации паразитов. Паразитируя в области поджелудочной, вызывают сложные расстройства органа.
Цепней разных типов, которые относятся к группе плоских червей. Местом их обитания, как правило, является желудочно-кишечный тракт. Находясь в протоках железы, гельминты наносят значительный вред организму, вызывая нарушение работы органа, возникновение воспалительного процесса.
Стронгилоидов, очень мелких нематодов, провоцирующих стронгилоидоз. Данному нематодозу характерны разнообразные органные патологии ЖКТ и гепатобилиарной системы. Этот вид гельминтов, находясь в организме долгое время, может себя никак не проявлять и мигрируя по нему может локализоваться в любом органе.

Это ряд самых распространенных и известных гельминтов, о которых желательно знать.

Патогенами их могут быть различного рода вредоносные организмы, которые проявляют свою жизнедеятельность в органах пищеварительной системы:

Лямблии – это простейшие, которые паразитируют в тонком отделе кишечника, печени, поджелудочной. Они угнетают работу органов, способствуют аллергизации человеческого организма.
Микроспоридии – это внутриклеточные паразиты, которые не способны существовать вне организма хозяина. Развитие их происходит в условиях ослабленного общего и местного иммунитета.
Дизентерийная амеба – паразитический простейший микроорганизм, провоцирующий тяжелый недуг амебиаз. Поражает толстый кишечник, формируя воспаления и язвы. Могут переноситься кровью в другие органы, прежде всего в печень, где образуют дополнительные очаги.
Токсоплазма – одноклеточный паразит, половое размножение которого происходит только в клетках выстилающих кишечник котов. Он является причиной возникновения токсоплазмоза. Поражает многие органы: скелетную мускулатуру, мышцы сердца, и другие.

Симптоматика болезней, вызванная паразитарными микробами идентична, в связи с чем определение патогена возможно только после тщательного аппаратного обследования и лабораторных анализов. После всестороннего обследования специалист назначит адекватное лечение.

Гельминтная инвазия поджелудочной проявляется большим количеством характерных признаков. К наиболее распространенной симптоматике стоит отнести:

Болевые ощущения в брюшной полости, иногда резкие и интенсивные.
Ощущение тошноты, резкая рвота, после которой не наступает облегчения.
Высокая температура достигающая максимального значения в 39,7 градусов.
Мигрени и головокружение.
Частое опорожнение кишечника до 15 раз в стуки.
Затруднительная дефекация.
Дискомфортное ощущения в абдоминальной области.
Кожные покровы имеют желтоватый оттенок.
Болевые ощущения в животе при выполнении малейших физических нагрузок.
Проявлении аллергии.
На коже грудной клетки и животе проявляются рубиновые капли.

Также при поражениях поджелудочной гельминтами часто может проявляться боль в правом подреберье. При визуальном осмотре и пальпации брюшной полости врач может заметить увеличение внутренних органов.

В медицинской практике хроническая форма заражения паразитов является наиболее опасной, так как проявление симптоматики практически не заметно. Но, при этом негативное воздействие на организм они продолжают оказывать. Поэтому, специалисты рекомендуют не ждать яркого проявления симптомов, а в целях профилактики периодически проводить лабораторное обследование кала.

При глистной инвазии лечение должно быть комплексным, содержащим в себе не только приемов антипаразитараных медикаментозных препаратов, но и средств народной медицины. Длительность курса напрямую зависит от степени развития патологии и общего состояния. В среднем терапевтический курс может длиться от нескольких недель до нескольких месяцев.

Также в комплексе с лечением паразитологом назначается специальное диетическое питание. При этом полностью исключается прием углеводсодержащих продуктов. Это связано с тем, что данные пищевые продукты создают благоприятную среду для размножения гельминтов. Рекомендуется наполнить рацион кисломолочной продукцией и продуктами, содержащими в своем составе пищевые волокна.

С целью восстановления защитных функций организма и нормализации здоровья рекомендуется применять средства нетрадиционной медицины. Фито отвары способствуют укреплению организма и придают ему тонус. Также они способствуют мягкому избавлению от гельминтов и предотвращают развитие рецидива глистной инвазии.

Черника. Применяются ягоды и листва растения в большинстве случаев при лечении глаз. Применяется настой из листьев черники. На протяжении суток следует выпивать 0,5 литра средства.

Метод приготовления: 15 грамм сухих листьев черники залить 0,25 мл крутого кипятка и настаивать до полного остывания средства.

Принимается небольшими порциями на протяжении дня. Длительность курса составляет 14 суток. После недельного перерыва проводится повторное лечение данным средством. В первые дни приема может ухудшиться общее состояние, но бросать приме средства не стоит. Альтернативным эффектом обладает настой из листвы земляники либо брусники. Также допускается настой из трех указанных трав.

Мука из гречихи с кефиром. Строгое соблюдение лечебного питания при терапии достаточно часто является одним из основных способов лечения. Паразитологи в таком случае рекомендуют ежедневно с утра выпивать антипаразитарный йогурт, который быстро и эффективно восстанавливает функциональную деятельность поджелудочной.

Способ приготовления: 25 грамм гречневой муки необходимо залить 0,25 мл классического натурального йогурта и оставить настаиваться на протяжении ночи. Принимается однократно перед едой.

Кисель из овса. Лечение народными средствами, а в частности киселем из овса поможет быстро и щадяще избавиться от непрошенных гостей. Является одним из наиболее трудоемких, но в тоже время результативных способов лечения паразитов.

Способ приготовления: грамм неочищенного овса тщательно промыть, смешать с 1,5 литра воды и отварить на медленном огне на протяжении часа. По истечению 40 минут зерна следует потолочь и в таком состоянии продолжить их варку еще 20 минут. Сняв с огня отвар необходимо пропустить через марлю. Получившуюся белую густую смесь принимать по 0,1 кг перед каждым приемом пищи. Храниться на протяжении не более двух суток в холодильнике.

Фитосборы. Являются универсальным общеукрепляющим средством, которое используется для поддержания здоровья органа. Рецептура таких средств достаточно разнообразна, но их эффективность напрямую зависит от правильно подобранных трав.

К наиболее результативным рецептам относятся:

Соцветия полыни, аптечной ромашки и бессмертника смешать в равных количествах. 3 ст. л травяного сбора заливается 1,5 литра кипятка и настаивается на протяжении трех часов. После настой процеживается и принимается по каждые два часа по 150 мл.
2 ст. л цикория залить стаканом кипятка и проварить на медленном огне на протяжении 5 минут. Сняв с огня отвар сразу процеживается и охлаждается до комнатной температуры. Готовое средство в полном объеме следует принять в течении суток.
Ирис и соцветия полыни смешать в равных количествах. 25 грамм сбора заварить в 0,25 л кипятка на 15 минут. Принимается по 50 мл трижды в стуки перед основными приемами пищи.

При лечении гельминтой инвазии средства народной медицины помогут не только изгнать из организма паразитов, но также восстановят защитные функции организма и функциональную деятельность органов ЖКТ. При острых формах патологии они применяются исключительно в комплексе с методами консервативной терапии.

С целью более быстрого восстановления организма после прохождения лечения рекомендуется применять такие средства:

Отвар из шиповника. 50 грамм сушенных плодов шиповника залить 0,5 л кипятка и на протяжении 15 минут проварить на медленном огне. Пронимается по 0,25 л ежедневно.

Семена тыквы. Употребление такого продукта в сыром виде способствует быстрому естественному выведению гельминтов из организма. Принимается по 25 грамм очищенных семян натощак каждое утро за 30 минут до основного приема пищи.

Представленный фрагмент произведения размещен по согласованию с распространителем легального контента ООО "ЛитРес" (не более 20% исходного текста). Если вы считаете, что размещение материала нарушает чьи-либо права, то сообщите нам об этом.

Оплатили, но не знаете что делать дальше?

Автор книги: Владимир Пасечник

Текущая страница: 6 (всего у книги 27 страниц) [доступный отрывок для чтения: 18 страниц]

1. Чем вирусы отличаются от других живых организмов?

2. Какие болезни могут вызывать вирусы?

Открытие вирусов. Как уже говорилось, универсальной единицей жизни на Земле является клетка. Однако на рубеже XIX и XX вв. было обнаружено, что существует целый ряд болезней растений, животных и бактерий, возбудители которых явно имеют неклеточную природу: они слишком малы и проходят через мельчайшие фильтры, которые задерживают даже самые маленькие клетки. Так были открыты вирусы.

Строение вирусов. Вирусные частицы представляют собой мельчайшие (20–300 нм) симметричные структуры, построенные из повторяющихся элементов. Каждый вирус является частицей нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), заключённой в белковую оболочку, которую называют капсидом (рис. 38). Вирусы не способны к самостоятельной жизнедеятельности: они могут проявлять свойства живого существа, только проникнув в клетку и используя для своих нужд её структуры и энергию. Таким образом, вирусы являются внутриклеточными паразитами. Некоторые вирусы, например вирус гриппа или герпеса, покидая клетку-хозяина, захватывают участок клеточной мембраны и образуют из неё дополнительную оболочку поверх своего капсида.

Рис. 38. Различные представители вирусных частиц

При заражении вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ) РНК вируса самовоспроизводится вместе с РНК клетки. При этом человек какое-то время остаётся здоровым. Но затем вирус активируется, и развивается смертельное заболевание – СПИД (синдром приобретённого иммунодефицита). Вирусы являются возбудителями большого количества заболеваний человека: оспы, кори, гриппа, краснухи, бешенства, энцефалита и др. Известен также целый ряд заболеваний растений, вызываемых вирусами, например мозаичная болезнь табака, томатов, огурцов или скручивание листьев картофеля. Всего описано около 500 видов вирусов, поражающих клетки позвоночных животных, и около 300 вирусов растений. Некоторые вирусы участвуют в злокачественном перерождении клеток и тем самым провоцируют онкологические заболевания.

Рис. 39. Схема размножения вирусов

1. Можно ли вирусы считать особой формой жизни?

2. Какое строение имеют вирусы? В чём их отличие от других живых организмов?

3. Как вирусы размножаются?

4. Какие вирусы называют бактериофагами?

5. Какие предположения можно сделать о происхождении вирусов?

Иногда при воспроизведении генома вируса в него попадает и часть генома хозяина (это связано с особым механизмом репликации вирусной ДНК или РНК). Тогда при заражении других клеток модифицированные вирусы принесут в них и гены предыдущей клетки-хозяина. Таким образом, некоторые вирусы способны переносить гены от одних клеток к другим. Этим объясняется частое использование вирусов в генной инженерии.

Происхождение вирусов до сих пор остаётся загадкой. Но тот факт, что все они являются внутриклеточными паразитами и вне клетки не обладают свойствами живых существ, позволяет предположить, что их далёкие предки были паразитическими прокариотами, а затем, в силу образа жизни, утратили все свои системы, кроме генетического аппарата.

Название вирус (от лат. virus – яд) было предложено голландским ботаником Мартином Бейеринком в 1895 г., изучавшим болезни растений, вызываемые вирусами.

1. Как называются две составные части обмена веществ?

2. Что такое метаболизм?

3. Что такое биологический катализатор?

4. Что такое ферменты? Какую функцию они выполняют?

Гомеостаз. В любой живой клетке постоянно происходят сложнейшие химические и физические реакции, необходимые для того, чтобы обеспечить постоянство условий внутренней среды как в самой клетке, так и в многоклеточном организме, находящемся под воздействием постоянно меняющихся внешних факторов. Постоянство внутренней среды биологических систем получило название гомеостаза. Если гомеостаз нарушается, это ведёт к тому, что клетки и организм в целом повреждаются или даже могут погибнуть. Все реакции, протекающие в клетке, направлены на поддержание гомеостаза. А для этого необходимы вещества и энергия. Таким образом, клетка осуществляет сложные и многообразные реакции синтеза необходимых веществ и, наоборот, распада ненужных, а также – реакции превращения энергии. Получаемые извне белки, жиры, углеводы, витамины и микроэлементы используются клетками для синтеза необходимых им веществ и построения клеточных структур. Для этих процессов необходимо затрачивать энергию. Вся совокупность реакций биосинтеза веществ и их последующей сборки в более крупные структуры называется ассимиляцией или анаболизмом. Ещё одно название этого набора реакций – пластический обмен. Особенно интенсивно процессы ассимиляции происходят в растущих клетках развивающегося организма. Важнейшим примером такого рода процессов может служить биосинтез белка.

Метаболизм. Ассимиляция и диссимиляция – противоположные процессы: в первом случае происходит образование веществ, на что тратится энергия, а во втором – распад веществ с выделением и запасанием энергии. Эти процессы невозможны друг без друга, так как если не синтезировать и не запасать органические вещества, то и распадаться будет нечему. А если прекратятся реакции распада, то не будет синтезироваться АТФ, что приведёт к невозможности синтеза веществ из-за нехватки энергии. Таким образом, реакции ассимиляции и диссимиляции – это две стороны единого процесса обмена веществ и энергии в клетке, который называется метаболизмом. Ассимиляция и диссимиляция всегда строго сбалансированы и скоординированы, а нарушение этого баланса всегда приводит к развитию какого-либо заболевания как отдельных клеток, так и целого организма или даже их гибели.

Реакции метаболизма в живой клетке протекают при умеренных температурах, нормальном давлении и малых колебаниях кислотности. Вне живых организмов при таких условиях все химические реакции ассимиляции и диссимиляции или вообще не могли бы протекать, или протекали бы медленно. Однако в живых организмах эти реакции проходят очень быстро. Это обусловливается участием в них ферментов.

Так как активность ферментов очень высока, то для обеспечения нормальной скорости метаболических процессов требуется очень малое количество молекул ферментов. Но поскольку ферменты действуют избирательно, клетке необходимо очень много видов ферментов. Например, фермент амилаза катализирует распад в ротовой полости крахмала: без этого фермента реакция не идёт. Фермент уреаза катализирует расщепление мочевины до аммиака и угольной кислоты, но не действует на другие родственные мочевине соединения.

Гомеостаз. Пластический обмен. Энергетический обмен. Метаболизм. Фермент.

1. Что называют гомеостазом?

2. Как связаны между собой пластический и энергетический обмены?

3. Какое значение имеют ферменты в метаболизме?

4. Какова химическая природа ферментов? В чём состоят специфические особенности их функционирования?

Форма и химическое строение активного центра фермента должны быть таковы, чтобы с ним могло связаться только определённое соединение, которое называется субстратом данного фермента. Например, активный центр фермента лизоцима, содержащегося в слюне, слезах, слизистых верхних дыхательных путей, имеет вид щели, которая по форме и размеру точно соответствует фрагменту муреина – полисахарида оболочки бактерий. Таким образом, лизоцим играет роль одного из защитных барьеров нашего организма, разрушая муреиновую клеточную стенку бактерий и убивая их.

Ферменты очень широко применяют в различных отраслях промышленности. Например, амилазу, полученную из плесневых грибов, используют при изготовлении пива.

Для удаления шерсти и размягчения шкур в кожевенном производстве применяют ферменты, выделенные из бактерий, растений и грибов. Ферментативные препараты позволяют значительно ускорить и удешевить производство хлебобулочных изделий.

1. Какова химическая природа АТФ?

2. Какие химические связи называются макроэргическими?

3. В каких клетках АТФ больше всего?

Диссимиляция. Универсальным источником энергии во всех клетках служит АТФ (аденозинтрифосфат). Это вещество синтезируется в результате реакции фосфорилирования, т. е. присоединения одного остатка фосфорной кислоты к молекуле АДФ (аденозиндифосфата):

На эту реакцию затрачивается энергия, и теперь эта энергия находится в форме энергии химических связей АТФ. Вы уже знаете, что при распаде АТФ до АДФ клетка за счёт макроэргической связи в молекуле АТФ получит приблизительно 40 кДж энергии.

Откуда же берётся энергия для синтеза АТФ из АДФ? Она выделяется в процессе диссимиляции, т. е. в реакциях расщепления органических веществ в клетке. В зависимости от специфики организма и условий его обитания диссимиляция может проходить в два или три этапа.

Этапы энергетического обмена. Большинство живых существ, обитающих на Земле, относятся к аэробам, т. е. используют в процессах обмена веществ кислород из окружающей среды. У аэробов энергетический обмен происходит в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный. В результате этого органические вещества распадаются до простейших неорганических соединений. У организмов, обитающих в бескислородной среде и не нуждающихся в кислороде, – анаэробов, а также у аэробов при недостатке кислорода диссимиляция происходит в два этапа: подготовительный и бескислородный. В двухэтапном варианте энергетического обмена энергии запасается гораздо меньше, чем в трехэтапном.

Рассмотрим подробнее три этапа энергетического обмена (рис. 40). Первый этап называется подготовительным и заключается в распаде крупных органических молекул до более простых: полисахаридов – до моносахаридов, липидов – до глицерина и жирных кислот, белков – до аминокислот. Внутри клетки распад органических веществ происходит в лизосомах под действием целого ряда ферментов. В ходе этих реакций энергии выделяется мало, при этом она не запасается в виде АТФ, а рассеивается в виде тепла. Образующиеся в ходе подготовительного этапа соединения (моносахариды, жирные кислоты, аминокислоты и др.) могут использоваться клеткой в реакциях пластического обмена, а также для дальнейшего расщепления с целью получения энергии.

Второй этап энергетического обмена, называемый бескислородным, заключается в ферментативном расщеплении органических веществ, которые были получены в ходе подготовительного этапа. Кислород в реакциях этого этапа не участвует.

Так как наиболее доступным источником энергии в клетке является продукт распада полисахаридов – глюкоза, то второй этап мы рассмотрим на примере именно её бескислородного расщепления – гликолиза.

Гликолиз – это многоступенчатый процесс бескислородного расщепления молекулы глюкозы, содержащей шесть атомов углерода (С₆Н₁₂О₆), до двух молекул трёхуглеродной пировиноградной кислоты, или ПВК (C₃H₄O₃). Реакции гликолиза катализируются многими ферментами, и протекают они в цитоплазме клеток. В ходе гликолиза при расщеплении 1 М глюкозы выделяется 200 кДж энергии, но 60 % её рассеивается в виде тепла. Оставшихся 40 % энергии оказывается достаточно для синтеза из двух молекул АДФ двух молекул АТФ. Получившаяся пировиноградная кислота в клетках животных, а также клетках многих грибов и микроорганизмов превращается в молочную кислоту (C₃H₆O₃):

Рис. 40. Схема процессов энергетического обмена

В большинстве растительных клеток, а также в клетках некоторых грибов (например, дрожжей) вместо гликолиза происходит спиртовое брожение: молекула глюкозы в анаэробных условиях превращается в этиловый спирт и СО₂:

Существуют также и такие микроорганизмы, в клетках которых в анаэробных условиях образуются не молочная кислота и не этиловый спирт, а, например, уксусная кислота или ацетон и т. д. Однако во всех этих случаях распад одной молекулы глюкозы, так же как и в случае гликолиза, приводит к запасанию двух молекул АТФ.

В результате ферментативного бескислородного расщепления глюкоза распадается не до конечных продуктов (СО₂ и Н₂О), а до соединений, которые ещё богаты энергией и, окисляясь далее, могут дать её в больших количествах (молочная кислота, этиловый спирт и др.).

Поэтому в аэробных организмах после гликолиза (или спиртового брожения) следует завершающий этап энергетического обмена – полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание. В процессе этого третьего этапа органические вещества, образовавшиеся в ходе второго этапа при бескислородном расщеплении и содержащие большие запасы химической энергии, окисляются до конечных продуктов СО₂ и Н₂О. Этот процесс, так же как и гликолиз, является многостадийным, но происходит не в цитоплазме, а в митохондриях. В результате клеточного дыхания при распаде двух молекул молочной кислоты синтезируются 36 молекул АТФ:

Кроме того, нужно помнить, что две молекулы АТФ запасаются в ходе бескислородного расщепления каждой молекулы глюкозы.

Таким образом, суммарно энергетический обмен клетки в случае распада глюкозы можно представить следующим образом:

Фосфорилирование. Подготовительный этап. Бескислородный этап (гликолиз, спиртовое брожение). Полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание.

1. В клетках каких организмов происходит спиртовое брожение?

2. Откуда берётся энергия для синтеза АТФ из АДФ?

3. Какие этапы выделяют в энергетическом обмене?

4. В чём отличия энергетического обмена у аэробов и анаэробов?

1. Какие способы питания вам известны?

2. Приведите примеры фототрофов.

3. Как питаются гетеротрофы?

Питанием называют совокупность процессов, включающих поступление в организм, переваривание, всасывание и усвоение им пищевых веществ. В процессе питания организмы получают химические соединения, используемые ими для всех процессов жизнедеятельности. По способу получения органических веществ, т. е. по способу питания, все живые организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов.

Автотрофы могут сами синтезировать необходимые им органические вещества, получая из окружающей среды углерод в виде СО₂, воду и минеральные соли. Одним автотрофам источником энергии для реакций биосинтеза служит солнечный свет; такие организмы называются фототрофами или фотосинтетиками. Другие автотрофы используют для синтеза органических веществ энергию, высвобождающуюся в ходе химических превращений неорганических соединений. Их называют хемотрофами или хемосинтетиками. К фототрофным относятся клетки зелёных растений, содержащие хлорофилл и бактерии, способные к фотосинтезу (например, цианобактерии), а к хемотрофным – некоторые другие бактерии.

Гетеротрофы не могут сами синтезировать весь набор необходимых им для жизнедеятельности органических веществ. Поэтому они поглощают нужные им соединения из окружающей среды. Затем они строят из полученных органических веществ собственные белки, липиды, углеводы. К гетеротрофам относятся животные, грибы и многие бактерии. Кроме того, клетки растений, неспособные к фотосинтезу (например, клетки корня), также питаются гетеротрофно, поскольку получают органические вещества из других органов зелёного растения.

Существуют также организмы, способные использовать оба способа питания. Это, например, эвглена зелёная, которую ботаники относят к одноклеточным зелёным водорослям, а зоологи – к жгутиковым простейшим. И те и другие правы, поскольку на свету этот организм – фототроф, а в темноте – гетеротроф. Некоторые растения, например венерина мухоловка или росянка, способны пополнять нехватку азота ловлей и перевариванием насекомых, другие растения частично перешли к паразитическому образу жизни и, помимо фотосинтеза, могут получать органические вещества из организма хозяина при помощи особых видоизменений корней (омела, петров крест, повилика).

Полученные авто– или гетеротрофным путем органические вещества не могут непосредственно обеспечивать энергией процессы, происходящие в клетке. За счёт энергии химических связей этих веществ сначала обязательно синтезируется универсальный для всех живых существ источник энергии – АТФ.

Питание. Автотрофы. Гетеротрофы.

1. Какие организмы являются гетеротрофами?

2. Какие организмы на Земле практически не зависят от энергии солнечного света?

Сейчас трудно сказать, какие организмы возникли на Земле первыми – автотрофы или гетеротрофы. Существует даже гипотеза, предполагающая возникновение симбионтного организма, похожего на современные лишайники: одни его клетки были автотрофами, а другие – гетеротрофами, и сосуществовали они в едином очень простом организме, помогая друг другу. В современных условиях первичной энергией для всех живых существ на Земле (кроме некоторых хемосинтетиков) является энергия солнца. Гетеротрофы находятся в прямой зависимости от органических веществ, производимых зелеными растениями в процессе фотосинтеза. Питаясь растительной пищей, животные получают непосредственно те белки, липиды и углеводы, которые синтезированы за счёт солнечного света. Мясо домашних животных также строится из молекул, полученных ими с растительной пищей. Поэтому, питаясь мясными продуктами, люди всё равно поглощают молекулы, полученные с использованием энергии того же солнечного света.

Читайте также: