л.
I. Основные
особенности живой материи
I. Основные особенности живой материи
Живая материя состоит из тех же элементов, связанных теми же силами, что и неживая. Поэтому при описании биологических организмов можно использовать все представления, понятия, методы и модели, рассмотренные выше (части I, II, III). Вместе с тем живая материя обладает принципиально новыми свойствами и особенностями, качественно отличающими ее от неживой материи. Основные отличия живой материи от объектов неживой природы заключаются в следующем.
1. Два уровня организации
Одной из особенностей структурной и функциональной организации живой материи является наличие двух уровней организации: внутриклеточного уровня и межклеточного уровня, на котором осуществляются межклеточные взаимодействия в многоклеточных организмах.
На первом – клеточном – уровне организации в качестве структурно-функциональных единиц клетки можно рассматривать ионы, атомы и молекулы (в том числе и макромолекулы), ничем не отличающиеся по составу и связям от структурных единиц неживой материи.
При всем многообразии биологических структур число составляющих их элементов, называемых органогенами, невелико: углерод, водород, кислород, азот, иногда сера и фосфор. Шесть элементов (C, H, N, O, P, S) составляют 99% общей массы клеток.
Органогены образуют относительно небольшое количество как органических, так и неорганических химических компонентов, из которых состоят более сложные по структуре биополимеры, формирующие живые организмы. Большое число соединений, в которых углерод непосредственно связан с металлами (Li, Na, K, Mg, Zn, Hg, Al, Sn, Sb и др) и неметаллами (например, Si As), — элементорганических соединений, представляют собой комплексы (см. т. 1, с. 142; т.2, с. 278–305).
Около 70% массы клеток составляет вода (неорганический компонент). Большинство внутриклеточных биохимических реакций протекает в водной среде. При этом особое значение приобретают водородные связи. Жизнь на земле возникла в океане, и уникальные свойства воды (см. с. 238–249) играют определяющую роль в функционировании живой материи.
За исключением воды практически все молекулы клеток относятся к соединениям углерода. Среди всех элементов углерод занимает особое место по способности образовывать большие молекулы (на втором месте после углерода находится кремний). Малый размер молекул и электронная структура (2s22p2) обуславливают способность атомов углерода соединяться друг с другом, образуя цепи и кольца, создавая сложные гигантские молекулы.
Макромолекулы построены из повторяющихся звеньев (структурных единиц), называемых мономерами. Сама макромолекула представляет собой полимер (см. с. 305–332). К макромолекулам относятся: полисахариды (углеводы), полипептиды (белки) и полинуклеотиды (нуклеиновые кислоты). Макромолекулы составляют ~90% сухой массы клеток.
Все макромолекулы можно разделить по их назначению на две группы: информационные, в которых информация закодирована в последовательности мономерных звеньев и неинформационные – не несущие и не передающие генетическую информацию. К первой группе относятся белки и нуклеиновые кислоты, ко второй – углеводы.
На втором (межклеточном) уровне сами клетки можно рассматривать как структурно-функциональные единицы живых организмов. Главную роль на этом уровне осуществляют системы управления и регулирования самосогласованной функциональной деятельностью отдельных клеток.