54. Развитие метаболических реакций

Усложнение клетки началось с исчерпания метаболитов в окружающей среды. Выделяют 2 возможных варианта развития метаболических путей:

1. Клетка во внеш. среде имела запасы соединений, возникших в пребиотическом синтезе, одно из них используется - вещ-во Г. Его истощение запасов привело к тому, что преимущество при отборе получили клетки, которые научились синтезировать новый фермент, а из него необходимое вещ-во Г.

2. Внешняя среда богата вещ-вом А. В процессе эволюции случайно возникает фермент, превращающий вещ-во А в более энергоэффективное вещ-во Б. Клетки меняются, позволяя образовывать новые соединения и удлинять цепи ферментативных реакций. Если эволюция метаболизма шла путем добавления новых реакций, то наиболее древними будут ферменты, необходимые для выживания. Центральную роль играют реакции с участием фосфатов и сахаров, например, расщепление глюкозы без кислорода. Ферменты, катализирующие основные метаболические реакции, постепенно модифицировались, не теряя своей функции.

55. Эволюция хроматофоров, митохондрий, ядра клетки.

Хроматофоры. Размеры эукариотических клеток превосходят размеры бактериальных, для обеспечения необходимых метаболических процессов потребовалось развитие внутренних мембран. У некоторых фотосинтезирующих бактерий на мембранах появились участки, где были белки для выполнения общих функций, например хроматофоры у фотосинтезирующих бактерий. Со временем эти участки преобразовались в глубокие впячивания, увеличивая поверхность взаимодействия, посде впячивания полностью отшнуровались, превратившись в замкнутые мембранные пузырьки — хроматофоры, предназначенные для фотосинтеза. Внутренняя поверхность этих пузырьков топологически эквивалентна внешней поверхности

Митохондрии. Митохондрии отличаются от других, т. к. имеют собственные геномы и внутреннюю мембрану. Природа этих геномов и близкое сходство белков митохондрий с белками некоторых бактерий подтверждают гипотезу о том, что эти органеллы произошли от бактерий, которые были захвачены эукариотическими клетками и первое время жили в симбиозе с ними.

Ядра. Ядро эукариотической клетки имеет особым образом устроенную мембрану. Двухслойная оболочка ядра могла образоваться из глубокого впячивания плазматической мембраны. Эта гипотеза объясняет, почему внутреннее пространство ядра топологически эквивалентно цитозолю. За время митоза ядерная оболочка разрушается и содержимое ядра полностью смешивается с цитозолем, чего никогда не происходит ни с одной мембранной органеллой.

56. Саморегуляция живых сис-м.

Саморегуляция – свойство открытой сис-мы автоматически устанавливать и поддерживать на определённом уровне параметры внутренней среды.

Кибернетика объясняет принцип саморегуляции сис-мы на основе прямых и обратных связей между элементами.Принципы саморегуляции:

1. Принцип неравновесности или градиента. Способность биоты поддерживать динамическое неравновесное состояние относительно окружающей среды. 2. Принцип замкнутости контура регулирования. Каждая живая сис-ма отвечает на раздражение и оценивает соответствие ответной реакции. Саморегуляция осуществляется за счет обратных связей в нервной и гуморальной сис-мах. Т. е. контур регуляции замкнут в кольцо. 3. Принцип прогнозирования. Биологические сис-мы предвидят результаты ответных реакций на основе прошлого опыта. 4. Принцип целостности. Для нормального функционирования живой сис-мы требуется ее структурная целостность.

Клеточный уровень саморегуляции.

Генетическая: репликации, транскрипции, трансляции, процессинга. Самая простая модель для демонстрации – лактозный оперон.

Ферментативный. Регуляция ферментативной активности: 1. Доступность субстрата. Работает закон масс: скорость реакции вещ-в зависит от их концентрации. 2. Компартментализация – сосредоточение ферментов и их субстратов в одном компартменте. 3. Ограниченный протеолиз проферментов: Неактивные ферменты-предшественники активируются путем отщепления пептидных фрагментов. 4. Аллостерическая регуляция: ферменты из 2х субъединиц: с каталитическим и аллостерическим центрами. Присоединение эффектора к аллостерической изменяет конформацию белка и активность каталитической субъединицы.

Мембранный. Транспортный (активный, пассивный транспорт), осмотический (с помощью плазмалеммы и вакуолей регулируется состав солей), энергетический (образование АТФ в мембране)

Организменный уровень саморегуляции

В ходе эволюции формируются специализированные органы основная роль у нервной и гормональная сис-мы: интегрирующую функцию выполняет ЦНС. Гормональная регуляция обеспечивается сис-мой эндокринных желез, гормоны гуморально распространяются и участвуют в регуляции.

Надорганизменный уровень саморегуляции

Саморегуляция надорганизменных сис-м проявляется в регуляции численности популяций, соотношения полов, старении и смерти. На уровне отдельных популяций численность зависит от взаимодействия репродуктивного потенциала и сопротивления среды, связанных прямыми и обратными связями.