Физиология растений - Якушкина Н.И.
Скачать (прямая ссылка):
тания генов, новый геном создается также в процессе скрещивания.
Наследственная информация реализуется путем образования белков,
специфичных для каждого организма.
3. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ.
ОСОБЕННОСТИ РЕГУЛЯЦИИ СИНТЕЗА БЕЛКА В КЛЕТКЕ
В основе специфических свойств каждой клетки, каждого орга-
низма, которые передаются по наследству, лежит специфика обмена
веществ. Обмен веществ — это совокупность всех происходящих в
организме химических процессов. Химические реакции, составляю-
щие обмен веществ, тесно взаимосвязаны и согласованы друг с дру-
гом. Обмен веществ внутри клетки тесно взаимосвязан со средой.
Из внешней среды поступают вещества, необходимые для жизнедея-
тельности организма, и определенные вещества выделяются организ-
мом в среду. Условия среды (температура, влажность, освещение),
в которых осуществляется жизнедеятельность организма, оказывают
глубокое влияние на скорость и направленность обмена. Организм
обладает способностью регулировать обмен веществ.
Даже поверхностное рассмотрение особенностей химических про-
цессов в живой клетке позволяет заметить, что они протекают с ог-
ромной скоростью. И все они являются каталитическими и осущест-
вляются благодаря присутствию биологических катализаторов — фер-
ментов.
Для осуществления химических реакций необходимо, чтобы мо-
лекулы были в активном состоянии. В самом общем виде катализа-
торы, повышая активность реагирующих молекул, как бы снижают
силы химического сопротивления. Вместе с тем катализаторы не мо-
гут вызвать реакцию, которая в их отсутствии не идет, они ускоряют
лишь реакции, которые термодинамически осуществимы. Многие фер-
менты ускоряют реакции в 109—1011 раз.
По химической природе все ферменты — простые или сложные
белки. Ферменты, состоящие только из белка, называют однокомпо-
нентными. Ферменты, состоящие из белка и небелковой части, —
двухкомпоиентными. Небелковый компонент, прочно связанный, на-
зывают простетической группой; слабо связанный, обслуживающий
несколько ферментов, — коферментом. Часто кофермент соединяется
с соответствующим белком только в период реакции. Состав просте-
тических групп или кофермеитов разнообразен. Во многих случаях
это витамины или их производные, в частности производные витами-
нов Bi, B2, Вб, никотиновой кислоты и др. В простетическую группу
ряда ферментов входят металлы (железо, медь, цинк). Металлы мо-
гут входить в состав простетических групп в виде особых соединений,
например железо в соединении с 4 пиррольными группировками (ге-
миновое железо). Важнейшим свойством ферментов является их
специфичность. Еще в 1911 г. крупный немецкий химик Эмиль Фи-
шер выдвинул положение, что фермент должен подходить к субстра-
ту, как «ключ к замку». Однако это положение оказывается справед-
ливым не всегда. Во многих случаях пространственное соответствие
молекулы фермента и субстрата возникает в процессе их взаимодей-
ствия. Ферменты — это не только катализаторы, но и регуляторы
процессов обмена. В клетке содержатся сотни соединений и должны
бы происходить бесчисленные реакции. Однако число реакций огра-
иичивается, поскольку специфичность ферментов позволяет разли-
чать определенные молекулы. Каждый организм имеет свой набор
ферментов, обусловленный его наследственной основой.
Действие фермента проходит в несколько стадий. Начальной ста-
дией является образование комплекса фермента с субстратом. При
этом между ферментом и субстратом возникают связи разного харак-
тера (водородные, ваи-дер-ваальсовы и др.). Образование фермент-
субстратного комплекса требует высокой специфичности фермента.
Как правило, молекула субстрата очень мала по сравнению с моле-
кулой фермента. Поэтому при образовании фермент-субстратного
комплекса участвует лишь незначительная часть молекулы фермен-
та, его активный центр. Активный центр — это совокупность функ-
циональных групп, принимающих непосредственное участие в фер-
ментативной реакции.
Образование фермент-субстратного комплекса вызывает переход
субстрата в более реактивное состояние, его активацию. Известно,
что при любом химическом взаимодействии вступают в реакцию толь-
ко те молекулы, которые обладают избытком энергии. Число столк-
ювеиий между молекулами, приводящее к химическому взаимодей-
ствию (число эффективных столкновений), составляет лишь некото-
>ую долю (иногда очень малую) общего числа столкновений. Эффек-
Т1ВНЫМИ оказываются лишь столкновения между молекулами, кото-
рые в этот момент обладают некоторым избытком внутренней энер-
гии по сравнению со средней (для данной температуры) величиной.
Энергия, которую необходимо придать молекулам вещества А для
превращения их в В сверх той средней, которую молекулы А уже
содержат, называют энергией активации. В самом общем виде фер-
мент благодаря созданию фермент-субстратного комплекса проводит
А
Б
реакцию обходным путем и тем самым сни-
жает энергию активации или снижает
энергетический барьер (рис.16).
Можно привести следующие примеры.
