4

Особенности биохимических реакций

1. Биохимические реакции в клетках живых организмов протека­ют в нейтральной среде, при 37^oС, с высокими скоростями. Анало­гичные химические реакции вне живого организма удается реализо­вать только при высоких значениях температуры часто с использова­нием высокого давления и, как правило, в агрессивных средах.

2. Все биохимические реакции протекают в присутствии биокатализаторов - ферментов.

3. Многие компоненты клеток - высокомолекулярные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды.

4. Одно и то же химическое соединение может подвергаться множеству различных превращений в зависимости от физико-химичес­ких и физиологических условий, реализующихся в клетке.

5. В клетке действуют четко организованные регуляторные ме­ханизмы, которые обеспечивают согласованность большинства реак­ций, одновременно протекающих в клетке, и дают ей возможность приспосабливаться к изменениям условий существования.

6. Процессы распада веществ до простых соединений являются многостадийными и сопровождаются постепенным выделением энергии, которая запасается в форме особых соединений, например, - нуклеотид три- и дифосфатов.

Химический состав организмов

По современным данным, биомасса единовременно живущих на Земле организмов (около 2 000 000 видов) составляет (1.8-2.4)*10¹² т в пересчете на сухое вещество, причем ими проду­цируется около 10¹¹ т сухого вещества.

В организмах составляющих биомассу Земли обнаружено более 60 химических элементов. Среди них условно выделяют группу элемен­тов, встречающихся в составе любого организма, независимо от ви­довой принадлежности и уровня организации последнего. К их числу относят C, H, N, O, P, S, Na, K, Ca, Mg, Zn, Fe, Mn, Cu, Co, Mo, B, V, Cl, I. Из первых 6 элементов построены жизненно важные сое­динения - белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды. Последую­щие элементы крайне важны для поддержания структуры и функцио­нальной активности биополимеров.

По количественному содержанию в живом организме элементы де­лят на:

1. Макроэлементы - их концентрация превышает 0.001 % - O, C, H, S, P, Ca, K, N, Na, Cl, Fe.

2. Микроэлементы - 0.001-0.000001 % - Mn, Zn, Cu, B, Mo, Co.

3. Ультрамикроэлементы - их содержание в организме не превы­шает 0.000001 % - Hg, Au, U, Ra и др.

Полагают, что H, N, C, O, P составляют вместе более 99 % жи­вого вещества, играют важную роль в явлениях жизни благодаря на­личию определенных свойств:

- способность образовывать кратные связи. Например, С, в сравнении с Si, способен образовывать больше различных соединений.

- атомы этих элементов, имея малые размеры, образуют относи­тельно плотные молекулы с минимальными межатомарными расстояниями.

- это свойство присуще в основном Р и S и в меньшей степени N: эти элементы образуют специфические соединения, при расщеплении которых выделяется повышенное количество энергии.

Макро- и микроэлементы в живых организмах присутствуют в ви­де различных химических соединений.

Примерно 75 % биомассы составляет вода, хотя ее содержание у разных организмов сильно может варьироваться (40-50 % - у древес­ных растений, до 99 % - у медузы). Вода образует ту среду, в ко­торой протекают физико-химические процессы, обеспечивающие посто­янное возобновление живой материи.

Примерно 40-50 % в сухом веществе организмов содержится бел­ка, остальные 50 % представлены нуклеиновыми кислотами, углевода­ми, липидами и минеральными веществами, составляющими около 10 % от сухой массы.

Кроме вышеперечисленных соединений в составе организмов най­дены в незначительных количествах углеводороды, спирты, альдеги­ды, кетоны, карбоновые, кето- и аминокислоты, эфиры, амины и др. Многие из этих соединений обладают мощным физиологическим дейс­твием и выполняют роль ускорителей или замедлителей жизненных процессов. Их часто называют биологически активными соединениями, хотя химически они очень разнообразны. БАС - витамины, гормоны, коэнзимы, антибиотики, факторы роста и т.д. Сюда же относятся и метаболиты - вещества, возникающие в качестве промежуточных про­дуктов при протекании биохимических реакций в организме.

Соединения, входящие в состав организма, подразделяют на пластические и энергетические вещества. Пластические - служат строительным материалом при формировании клеточных структур (бел­ки, НК, некоторые липиды и ВМ углеводы), энергетические - выпол­няют роль источников энергии для процессов жизнедеятельности, распадаясь при этом до СО₂ и воду (углеводы - крахмал и гликоген, жиры).