- •Ocr: а. А. Шишкин рязань 01-03-2006
- •Глава I. Введение
- •1 К. Маркс и ф. Энгельс. Людвиг Фейербах и конец классической немецкой философии. Сочинения. Т. 21. М., 1961, стр. 303.
- •Глава II. Сущность жизни
- •1 К. Маркс и ф. Энгельс. Антидюринг. Сочинения. Т. 20, м., 1961, стр. 82.
- •Глава III. Клетка
- •2 Бмми -ив |7
- •Под электронным микроскопом.
- •Одном масштабе.
- •3 Биолагвл 38
- •1 К. Маркс и ф. Энгельс Сочинения. Т. 20. М., 1961, стр. 83.
- •Железы быка.
- •Молекул белка.
- •Цитозин
- •Глюкоза ная кислота Фосфат
- •(Б) анафазы, телофазы (7).
- •Глава IV. Обмен веществ и энергии
- •1 К. А. Тимирязев. Избранные произведения. Т. II. М., 1948, стр. 382—383.
- •Глава V. Раздражимость и движение
- •Глава VI. Размножение
- •Конъюгация опуляция
- •7 Биология
- •Интеркянез (вптерфвза II)
- •2П (бива
- •(Схема).
- •Глава VII. Наследственность и изменчивость (основы генетики)
- •I сверхдомннирование
- •«А Рис. 48. Полимерия. Наследование окраски семян при взаимодействии двух пар однозначных генов.
- •41,5% Серых длиннокрылых 41,5% черных короткокрылых
- •8,5% Черных » 8,5% серых »
- •Глава VIII. Основные закономерности эмбрионального развития
- •Глава IX. Основные закономерности
- •1 К. МарксиФ. Энгельс. Диалектика природы. Сочинения. Т. 20, м., 1961, стр. 6! 1.
- •Глава XI. Регенерация, трансплантация и эксплантация
- •«Недостающих* луча.
- •Глава XII. Происхождение жизни на земле
- •Глава XIII. Основные этапы развития эволюционного учения
- •1 К. Маркс и ф. Эвг ель с. Анти-Дюринг. Сочинения. Т. 20, м., 1961. Стр. 74. 230
- •Глава XIV. Основные положения учения чарлза дарвина
- •1Б Бввлогяя 241
- •Крыльями. А, б — мухи: в — бабочка; * — жух.
- •Всесторонне обоснован исторический метод в приложении к природе;
- •Изгнаны креационистские представления из вопроса о целесообразности в природе; 3) нанесен решительный удар метафизике, идеализму и религии.
- •8 К. Маркс иФ. Энгельс. Сочинения. Т. 29, м., 1962, стр. 424. » Там же. Т. 30. 1963. Стр. 102.
- •6 В. И. Л e и и н. Полное собрание. Изд. 5-е, т. I, стр. 139.
- •Глава XV. Борьба за дарвинизм
- •1 А. Д. Некрасов. Борьба аа дарвинизм. М.—л., 1937. * Там же.
- •Глава XVI. Развитие биологических наук
- •Глава XVII. Многообразие органического мира (основы систематики)
- •1 Лат. «Виды растений». S Лат. «Система природы».
- •Глава XVIII. Основные черты эволюции растении
- •1 Анкилостомидоз — заболевание, вызываемое паразитическим круглым червем — аи-ц кидостомой (см. Главу XIX).
- •Глава XIX. Основные черты эволюции
- •Самку в своем брюшном желобе.
- •Через рыбу заражаются человек и плотоядные животные
- •Рнс. 144. Клещ Ixodes persulcatus.
- •Чехлах.
- •Глава XX. Основные черты эволюции хордовых (chordata)
- •Глава XXI. Эволюция систем органов
- •28 Бяологня
- •Глава XX!!. Происхождение человека (антропогенез)
- •Глава XXIII. Организм и среда
- •Глава I. Введение
- •Глава III. Клетка
- •Глава Vili. Основные закономерности эмбрионального развития . » « . . 162
- •Глава IX. Основные закономерности постамбриоиального развития .... 185
- •Глава X. Процессы старения н проблемы геронтологии ... J 197
- •I Физиологическая регенерация 206
- •Глава XIII. Основные этапы развития эволюционного учения . ; . . . .224
- •Глава XIV. Основные положении учения Чарлза Дарвина 235
- •Глава XVII. Многообразие органического мера (основы систематика) . ./'28*
- •Глава XVIII. Основные черты эволюции растений 290
- •Глава XIX Основные черты вволюции бесхордовых животных н основы меди- —.
- •Класс Насекомые (Insecta) с37
- •Глава XX. Основные черты эволюции хордовых (Chordata)
- •Глава XXI. Эволюция систем органов на примере типов бесхордовых живот- ных и классов позвоночных. Филогения органического мира . . .. 421
- •Родословное древо животного мира
- •Глава XXII. Происхождение человека (антропогенез) 443
- •Глава XXIII. Организм и среда 451
- •Редактор в. Н. Павлова Техн. Редактор я. И. Лювковская Корректор т. В. Малышева Художественный редактор в. И. Микрикова Переплет художника л. С. Эрмана
Одном масштабе.
1.1—амеба; 3,4 — диатомовые водоросли; 5—в, 18, 19— зеленые водоросли: 9 — гриб-мухо> мор; ГО —липа; //. 12 — муха дрозофила. 13 — рыба-семга. 14 — растение из семейства сложноцветных — скерда. 15 — растение нз семейства ароидных: /* — бабочка хохлатка; 17 — насекомое нз семейства саравчевых; 20 — клоп водомерка; 21 — цветочный клоп; 22 — земноводное амблистома; 23 —растение из семейства лилейных — алоэ.
крофибриллы спирально закручены и образуют пару или несколько пар нитей — хром о нем (от греч. пета — струна). Хромонемы спирально закручены и уплотнены, именно поэтому они обнаруживаются и в световом микроскопе у некоторых организмов. От степени спирализации хромонемы зависит длина хромосомы. На различных участках одной и той же хромосомы степень спирализации неодинакова, чем обусловлена
3 Биолагвл 38
:
различная интенсивность окраски хромосомы. В период между делениями клетки хромосомы деспирализованы и поэтому не видны.
Установлено, что каждый вид растений и животных имеет свое определенное и постоянное число хромосом. Другими словами, число хромосом и характерные особенности их строения — видовой признак. Эта особенность известна как правило постоянства числа хромосом. Так, в ядрах всех клеток лошадиной аскариды (Paraascaris megaloce-phala univalenus) находится по 2 хромосомы, у мухи дрозофилы (Droso-phila melanogaster) — по 8, у человека (Homo sapiens) — по 46 (рис. 13).
Примеры числа хромосом в ядрах клеток некоторых видов растений к животных представлены в табл. 2.
Таблица 2
Число хромосом у некоторых видов растений и животных
Растения
Водоросль спирогира (Spirogyra) — 24
Сосна (Pinus silvestris)—24
Смородина (Ribes rubrum) — 16
Рожь (Secale cereale) — 14
Боб (Vica faba) — 12
Горох (Pisum sativum) — 14
Томат (Lycopersicum esculentum) — 24
Кукуруза (Zea mays) — 20
Животные
Малярийный плазмодий (Plasmodiui» malariae) —2
Гидра (Hydra vulgaris) — 32
Речной рак (Astacus fluviatilis) — около 116
Таракан (Blata orientalis) —48 Комнатная муха (Musca domestica) — 12" Сазан (Cyprinus carpio) — 104 Окунь (Perca fluviatilis) — 28 Зеленая лягушка (Rana esculenta) —26 Голубь (Columba livia)—80 Кролик (Lepus cuniculus)—44 Шимпанзе (Anthropopithecus pan)—48
Как видно, число хромосом не зависит от высоты организации и не всегда указывает на филогенетическое родство: одно и то же число может встречаться у очень далеких друг от друга форм и сильно разниться у близких видов. Но очень важно, что у всех организмов, относящихся к одному виду, число хромосом в ядрах всех клеток, как правило, постоянно.
Следует обратить внимание на то, что во всех приведенных выше примерах число хромосом четное. Это связано с тем, что хромосомы составляют пары (правило парности хромосом). У лошадиной аскариды одна пара хромосом, у дрозофилы — 4, у человека — 23.
Хромосомы, которые относятся к одной паре, называются гомологичными. Гомологичные хромосомы абсолютно подобны друг другу, у ннх одинаковые размеры и форма, совпадают расположение центромер, порядок расположения хромомер и межхромомерных нитей, а также другие детали строения.
Негомологичные хромосомы всегда имеют отличия. Каждая пара хромосом характеризуется своими особенностями. В этом выражается правило индивидуальности хромосом.
В последовательных генерациях клетки сохраняется постоянное число хромосом и их индивидуальность вследствие того, что хромосомы обладают способностью к авторепродукции при делении клетки. Поэтому мы вправе говорить не только «каждая клетка от клетки», но и «каждая хромосома от хромосомы». В этом выражается правило непрерывности хромосом.
В ядрах клеток тела (соматических клеток) содержится полный, двойной набор хромосом. В нем каждая гомологичная хромосома имеет своего партнера. Такой набор хромосом называется диплоидным, его принято обозначать как 2 п.
В ядрах половых клеток в отличие от соматических из каждой пары гомологичных хромосом присутствует лишь один представитель. Так, в
ядрах половых клеток лошадиной аскариды всего одна хромосома, дрозофилы— 4, человека — 23. Все они различны, негомологичны. Такой одинарный набор хромосом называется гаплоидным и обозначается как п. При оплодотворении происходит слияние половых клеток, каждая из которых вносит в зиготу (оплодотворенную половую клетку) гаплоидный набор хромосом и восстанавливается диплоидный набор: п + п = = 2 п. Следовательно, в диплоидном наборе одна из гомологичных хромосом происходит от одного из родителей, вторая—от другого.
При сравнении хромосомных наборов из соматических клеток мужских и женских особей, принадлежащих к одному виду, обнаружилось отличие в одной паре хромосом. Эта пара получила название — половых хромосом, или гетерохромосом. Все остальные пары хромосом, одинаковые у обоих полов, имеют общее название аутосом. Так, у дрозофилы три пары аутосом и одна пара гетерохромосом.
Кариотип человека
Диплоидный набор хромосом клетки называется кариотипом (от греч. кагуоп — ядро, typhe—форма). Этот термин введен в 1924 г. советским цитологом Г. А. Левитским. Нормальный кариотип человека включает 46 хромосом, или 23 пары; из них 22 пары аутосом и одна пара— половых хромосом (гетерохромосом).
9
I
с*
12
18
и
13
XX
19
х
х
|
Н |
и |
и |
п |
7 |
8 |
9 |
ю |
11 |
М |
т |
И |
Хх |
ы |
13 |
14 |
'15 |
16 |
|
X* |
* * |
«Д |
|
|
19 |
20 |
21 |
22 |
|
К |
п |
ш М |
п |
2 |
3 |
4 5 |
6 |
и |
и |
м и |
и |
в |
9 |
10 11 |
12 |
|
АА |
Р «Л |
л* |
и |
15 |
16 17 |
18 |
XX |
АА |
A4 |
h |
20 |
21 |
22 |
|
Рис. 14. Кариотип человека. Слева — женщины, справа — мужчины. Вверху — хромосомные комплексы, внизу — ивио-гоаммы. В илнограммах хромосомы расположены попарно в порядке убывающей величины. Особо выделены половые хромосомы; у женщины — XX, у мужчины — XY.
Для изучения карнотипа человека (рис. 14) используют мазки костного мозга или культуры лейкоцитов, где хромосомы видны лучше, чем в других клетках. Нередко применяется методика, при которой клетки из культуры тканей обрабатываются колхицином и гипотоническим рас-
3» 35
твором, после чего окрашиваются. Благодаря такой обработке каждая хромосома четко видна. Длина хромосом человека составляет примерно 4—6 ц.
Чтобы легче было разобраться в сложном комплексе хромосом, составляющем кариотип, их располагают в виде идиограммы (от греч. idios — своеобразный, gramma — запись). Составление идиограмм, как и сам термин, предложено советским цитологом С. Г. Навашиным (1857—1930). В идиограмме хромосомы располагаются попарно в порядке убывающей величины (см. рис 14). Исключение делается для половых хромосом, которые выделяются отдельно. В 1960 году была принята международная классификация, по которой хромосомы клеток тела человека обозначаются номерами. Наиболее крупной паре хромосом присвоен № 1, следующей — № 2 и т. д. Самая маленькая пара хромосом человека № 22. Как хорошо видно на идиограмме, пару половых хромосом женщины составляют две одинаковые крупные хромосомы, названные Х-хромосомами. У мужчин одна Х-хромосома, такая же, как и у женщин, а другая — гораздо меньшая Y-хромосома.
Постоянство числа, индивидуальность и сложность строения, авторепродукция и непрерывность в последовательных генерациях клеток говорят о большой биологической роли хромосом. Действительно, установлено, что хромосомы являются носителями наследственной информации (см. главу VII). Выяснено, что наследственная информация дискретна, ее составляют многочисленные гены, расположенные вдоль хромосом в линейном порядке. Каждый ген занимает свое постоянное, определенное место (л о к у с) в определенной хромосоме.
Гомологичные хромосомы имеют один и тот же набор генетических локусов, поэтому они взаимозаменяемы. Негомологичные хромосомы имеют различные наборы генетических локусов, поэтому они взаимонезаме-няемы. Вся генетическая информация, необходимая для развития организма, содержится только в полном комплекте всех негомологичных хромосом (т. е. в полном гаплоидном наборе хромосом).
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПРОТОПЛАЗМЫ
Элементный состав протоплазмы
Изучение элементного химического состава протоплазмы подтверждает тесное единство всей природы. Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и тела неживой природы.
Из известных в настоящее время науке 104 химических элементов, составляющих периодическую систему Менделеева, свыше 70 входят в состав организмов. Это, разумеется, не предел наших знаний об элементном составе протоплазмы. По-видимому, дальнейшие исследования обнаружат в организмах еще ряд химических элементов. Допустимо предположить, что нет таких элементов в неживой природе, которые в каком-то количестве не входят в состав тех или иных организмов. Химические элементы, которые принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выраженной биологической активностью (таких около 40), называются биогенными.
Элементный анализ протоплазмы растений и животных показывает, что она в среднем содержит: кислорода около 70% общего веса, углерода 18% и водорода 10%. В сумме эти три элемента составляют более 98% общего живого веса.
Затем следуют кальций, азот, калий и кремний, входящие в состав живых организмов в десятых долях процента, а также фосфор, магний, сера, хлор, натрий, алюминий и железо, составляющие сотые доли процента. Названные элементы вместе с кислородом, водородом и углеродом составляют 99,99% веса живых организмов; поскольку оии находятся в них в epaвнительно большом количестве, их называют макроэлементами.
В несколько меньшем количестве встречаются марганец, бор, медь, цинк, фтор, барий, никель, литий, йод, кобальт, хром. Они составляют тысячные, десятитысячные и стотысячные доли процента к весу тела и получили название микроэлементов. Наконец, в еще меньшем количестве обнаружены ультра микроэлементы: ртуть, золото, радий и др., составляющие миллионные доли процента.
Важность того или иного элемента определяется не только его количеством. Многие микро- и ультрамикроэлементы оказались жизненно необходимыми.
Элементный состав протоплазмы из клеток организмов разных видов несколько варьирует, что стоит в связи с различным характером обмена веществ. Более того, акад. В. И. Вернадский (1863—1945) обнаружил, что некоторые из организмов являются интенсивными накопителями определенных элементов. Так, ряд морских водорослей накапливает йод, лютики — литий, ряска — радий, диатомовые водоросли и злаки — кремний, моллюски и ракообразные—медь, позвоночные — железо, некоторые бактерии — марганец. Но элементный химический состав организмов и химический состав окружающей среды всегда существенно отличаются. Так, кремния в почве около 33%, а в растениях лишь 0,15%; наоборот, кислорода в почве около 49%, а в растениях 70% и т. д. Это указывает на избирательную способность организмов извлекать определенные химические элементы, необходимые для построения и жизнедеятельности протоплазмы.
Химические связи
При взаимодействии отдельных молекул как органических, так и неорганических веществ возникают новые химические связи между реагирующими молекулами.
Основные химические связи — ионная и ковалентная. Кроме того, встречается еще ряд химических связей, из которых для органических соединений, особенно в живых организмах, большое значение имеет также водородная связь.
Ионная связь образуется вследствие притяжения частиц с разноименными зарядами:
Na+ +СГ NaQ.
Подобный тип связи в организмах присущ главным образом неорганическим соединениям.
Ковалентная связь осуществляется за счет обобщения электронной пары двух различных атомов, отличается прочностью и требует для своего образования затраты энергии; образование и разрыв этих связей происходят в ходе ферментативных реакций. В организмах особенно распространено образование эфирных и пептидных связей, которые сопровождаются отщеплением воды. Пример пептидной связи:.
H,N - СНВ - СООН + H2N — CHj — СООН - Н^СН8 - CONH
— СНе-СООН + НгО.
Водородная связь возникает за счет атома водорода одной молекулы и электроннодонорных атомов второй молекуль^ как, например, при ассоциации спиртов или при межмолекулярном взаимодействии спиртов с аминами:
СН3 - О - H...N| H,QHB.
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Вода
Вода — самое Простое химическое соединение, входящее в состав живых организмов. По количественному содержанию в протоплазме она стоит на первом месте. Например, вода составляет 95% веса медузы. В бактериях ее от 76 до 86%. В теле человека в общем около 2/з веса приходится на воду.
Высокое содержание воды в протоплазме живых организмов указывает на важную роль ее в процессах жизнедеятельности. Большое биологическое значение имеют физические свойства воды, обусловленные асимметричным строением ее молекулы. В ней центры тяжести положительных и отрицательных зарядов не совпадают, поэтому молекула воды является маленьким постоянным электромагнитом, т. е. диполем.
Вода в клетке находится в двух формах: связа иной и свободной.
В связанном состоянии находится около 4—5% всей ее массы. Связанную воду составляют те молекулы воды, которые водородными и другими связями непрочно соединены с белками. Вокруг молекул белка в коллоидном растворе образуются водные, или сольватные (от лат. solvere — распускать), оболочки. Они изолируют белковые молекулы друг от друга, препятствуют их агрегации. Молекулы воды, действуя как диполь, могут вступать в связь с положительно и отрицательно заряженными группами белков. В белковой молекуле каждая ами'нная группа способна связать 2,6 молекулы воды. Сольватная («связанная») вода прочно удерживается коллоидными частицами, не растворяет солей, замерзает только при очень низкой температуре, близкой к —40°.
Основная масса (около 95%) воды в клетке находится в свободном состоянии. Она играет роль растворителя химических веществ и среды, в которой совершаются жизненно важные химические реакции. Многие из них происходят с участием молекул воды: они могут включаться в ферментативные реакции, а также образуются в клетке при окислении ряда веществ. Необходима вода и для удаления различных веществ из клетки.
К числу важных физических свойств воды следует отнести высокую теплоемкость, в 4 раза превышающую теплоемкость воздуха, высокую теплопроводность, значительно большую, чем у других жидкостей; и большую величину теплоты парообразования. Благодаря этим особенностям вода, с минимальным изменением своей собственной температуры, хорошо предохраняет протоплазму от резких изменений температуры, обеспечивает равномерное распределение тепла по клетке и во всем организме, предохраняет организмы от перегревания.
В организме вода играет еще и ту роль, что межтканевые жидкости, состоящие преимущественно из воды, смачивают, как бы смазывают покровы там, где происходит трение одного органа о поверхность другого, например в суставах.
Большим биологическим значением воды можно объяснить параллелизм между интенсивностью обмена веществ и содержанием ее в органах и тканях. В сером веществе мозга около 86% воды, в клетках почек— 83%, в мышцах сердца —79%, в печени — 70%. Наименьшее количество воды в костях — около 22% — ив эмали зубов—около 10%.
Семена, содержащие очень мало воды, характеризуются очень низкой интенсивностью обмена веществ.
При снижении интенсивности обмена у животных, например при анабиозе, количество воды уменьшается. С возрастом содержание ее в орга-пизме также снижается. Так, эмбрион человека 1 '/2-месячного возраста содержит 97,5% воды, 8-месячный эмбрион — около 83%, новорожденный— 74%, а взрослый человек—около 66%. Возрастное уменьшение интенсивности процессов жизнедеятельности, несомненно, стоит в связи с изменением содержания воды.
Интенсивность обновления воды в организме зависит от условий среды, к обитанию в которой приспособлен данный вид. Обновление воды, равное объему организма у амебы, осуществляется за неделю, у человека — за месяц, у черепахи — за год, у кактуса — за 29 лет.
Минеральные соли
.Минеральные соли играют важную роль в живых организмах. Они могут находиться либо в диссоциированном состоянии, либо в соединениях с <5елками, углеводами и липидами.
Калиевые, натриевые, магниевые соли серной, соляной, фосфорной и других кислот, образуя соединения с белками, входят в состав протоплазмы. От них зависит кислотно-щелочное равновесие в протоплазме и плазме крови. Ионы солей оказывают влияние на возбудимость нервной и мышечной тканей, а также активируют ферменты.
Нормальное протекание процессов в протоплазме возможно лишь при определенном пропорциональном соотношении солей В частности, необходимо пропорциональное поступление калия и натрия в среду, окружающую клетку. Обнаружено, что в живой клетке калия почти в 30 раз ■больше, чем в окружающей среде, а натрия в 10 раз меньше. Повышение содержания калия оказывает токсическое действие на сердечную и другие мышцы. Недостаток калия в клетках нарушает нормальную функцию ряда органов.
Раковины моллюсков и наружный скелет ракообразных состоят преимущественно из солей- кальция. Фосфорная, угольная и фтористая соли кальция, а также соли натрия, калия и магния входят в состав скелета позвоночных.
Отложение кальция в костях, осуществляемое специальными клетками, происходит только в присутствии фосфора, когда соотношение кальция и фосфора составляет 2:1. Отложение фосфора возможно только ■в присутствии витамина D. При его недостатке рост нарушается. Следовательно, между различными неорганическими соединениями в клетке и во всем организме возникает взаимозависимость.
Большая биологическая роль ионов неорганических веществ выражается также в том, что с ними связана проницаемость клеточных мембран и накопление воды в тканях (см. ниже).
Недостаток или избыток тех или иных минеральных солей вызывает нарушение жизнедеятельности и может привести к гибели организма. Особенно велико значение минеральных веществ для растущих организмов. Повышается потребность в минеральных веществах у женщин и у животных при беременности, в связи с ростом зародыша.
Микроэлементы
Микроэлементы (от греч. mikros — малый). Особое значение имеет ряд элементов, входящих в протоплазму в ничтожных количествах, но являющихся жизненно важными. К ним относятся кобальт, медь, цинк, марганец, бор, молибден, никель, стронций, свинец, йод и некоторые другие. Микроэлементы входят в состав гормонов и ферментов, оказывают влияние на ферментативные процессы в клетке и на основные функции организма: кроветворение, рост, развитие, размножение. Так, цинк входит в молекулу гормона поджелудочной железы — инсулина, йод — в молекулу гормона щитовидной железы — тироксина, кобальт — в молекулу витамина В12 и т. д. Недостаток определенных микроэлементов в пище приводит к нарушению обмена веществ и возникновению заболеваний. В ряде местностей и стран, так называемых геохимических пров и н ц и я х, воды и почвы иМеют пониженное содержание некоторых микроэлементов, что становится причиной эндемичных (местных) заболеваний. Там, где недостаток йода, распространен эндемичный зоб. Профилактика зоба осуществляется в СССР в государственном масштабе: в местностях, неблагополучных по этому заболеванию, в продажу поступает йодированная поваренная соль. Тяжелые заболевания вызывает недостаток кобальта. При этом у животных развивается авитаминоз Bis-Недостаточное содержание фтора в питьевой воде приводит к массовым заболеваниям зубов кариесом. При повышенном содержании фтора в питьевой воде некоторые животные страдают другой болезнью скелета и зубов—флюорозом; кости и зубы при Этом заболевании становятся хрупкими и разрушаются.
ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
По своей структуре большинство органических соединений, входящих в состав протоплазмы, характеризуется длинными молекулами, состоящими из повторяющихся элементарных единиц, соединенных ковалент-яыми связями. Эти единицы получили название мономеров, а образованная мономера ми макромолекула называется полимером. Наиболее важная биологическая роль принадлежит следующим полимерам: бел ка м, нуклеиновым кислотам и полисахаридам (углеводам). Кроме того, в жизнедеятельности клетки большое значение имеют липиды, а также витамины.
Углеводы
Термин «углеводы» введен русским химиком К. Шмидтом (1822—1894) в 1844 г. В состав углеводов входят углерод, кислород, водород. Углеводы, имеющие биологическое значение, делятся на три класса: моносахариды, дисахариды и полисахариды. Mono- и дисахари-ды растворимы в воде, могут кристаллизоваться, их называют сахар а-м и. Полисахариды не кристаллизуются.
Эмпирическая формула моносахарида С„ (Н20)п. В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле моносахарида различают триозы, пентозы, гексозы, гептозы. Пентозы рибоза и дезоксирибоза входят в состав молекулы нуклеиновых кислот. С пентозой р и б у лозой связан процесс фотосинтеза. Гексоза глюкоза (виноградный сахар) — первичный энергетический материал для клеток. Она обязательно находится в крови. Снижение ее количества в крови влечет за собой немедленное нарушение жизнедеятельности нервных и мышечных клеток, иногда сопровождающееся судорогами и даже обморочным состоянием. Уровень содержания глюкозы в крови регулируется сложным механизмом нервной системы и желез внутренней секреции.
Дисахариды образуются при соединении двух моносахаридов (гексоз) с выделением молекулы воды. Эмпирическая формула дисахаридов СюНдОп. К этому классу относятся сахароза и мальтоза у растений, а также лактоза у животных.
Полисахариды образуются в результате полимеризации большого числа моносахаридов (гексоз) с потерей соответствующего числа молекул воды. Их эмпирическая формула (C6Hio05)n. К полисахаридам относятся крахмал, гликоген, целлюлоза (клетчатка). Крахмал в виде включений накапливается в клетках растений, гликоген — в клетках животных. Из целлюлозы образованы оболочки клеток растений и межклеточные структуры растений.
Углеводы — один из основных источников энергии в организме. При окислении 1 г углеводов образуется 4,2 большой калории. Освобождение энергии происходит в результате окислительно-восстановительных реакций. Резервные запасы сахара у животных находятся в печени (в виде гликогена), откуда они поступают в кровь.
Кроме энергетической, углеводы выполняют структурную и другие функции. Они входят в состав мембранных структур клетки, принимают участие в барьерных ее функциях.
Углеводы образуют сложные комплексы с белками — так называемые мукополисахариды. К этим соединениям относится большое количество биологически весьма активных веществ, например кислый полисахарид гиалуроновая кислота, входящая в состав оболочек яйцевых клеток, в ткань тестикул. в состав стекловидного тела глаза, многих видов соединительной ткани и'т. д.
Другой -полисахарид — хондроитинсульфат — составляет основное вещество хряща и костной ткани.
Сложный углевод — хитин — входит в состав наружного скелета чле- " нистоногих.
Важная роль углеводов как химических компонентов протоплазмы заключается еще и в том, что они, вступая в соединения с другими веществами, обусловливают ее коллоидные и осмотические свойства.
Липиды
Липиды (от греч. lipos — жир) — соединения, имеющие длинные углеводородные цепи или бензольные кольца, т. е. неполярные и гидрофобные структуры. Поэтому липиды нерастворимы в воде. Функции липидов разнообразны. Многие из них используются в организме для накопления энергии. К таковым относятся жиры, т. е. соединения трехатомного спирта (глицерина) и жирных кислот. Организмы могут переводить углеводы в жиры и накапливать в этой форме запасный энергетический материал. При окислении жиров образуются углекислый газ и вода с выделением 9,5 большой калории на 1 г жира.
У млекопитающих жир откладывается в значительных количествах в подкожной клетчатке и используется организмом при недостатке корма. Кроме того, жир служит надежным термоизолятором, предохраняющим животных от переохлаждения. Подкожный жир у человека создает определенную эластичность кожи.
Липиды легко вступают в соединения с белками, образуя липопро* те иды. Они входят в состав клеточных мембран, органоидов, имеющих мембранный принцип строения и клеточное ядро. С ними связана проницаемость клеточных мембран для жирорастворимых веществ.
Липопротеидом лецитином богата нервная ткань, яичный желток, сперма, семена сои, подсолнечника, зародыши пшеницы.
Липиды с глюкозой дают г л и коз иды. К числу широко известных веществ этого класса относится комплекс гликозидов (дигиталис), получаемых из растения наперстянки и используемых при лечении заболеваний сердца. В качестве второго примера гликозидов можно назвать буфотоксин, выделяемый кожными железами жаб и обладающий резко выраженными ядовитыми свойствами.
Белки
Жизнь всегда связана с белком. Энгельс писал: «Повсюду, где мы встречаем жизнь, мы находим, что она связана с каким-либо белковым телом, и повсюду, где мы встречаем какое-либо белковое тело, не находящееся в процессе разложения, мы без исключения встречаем и явления жизни» '.
Белки, или протеины (от греч. protos — первичный), составляют от 50 до 85% органических соединений, входящих в состав живых орга-
