71.Особенности структуры и метаболизма растений по сравнению с животными.

Метаболи́зм (от греч. μεταβολή — «превращение, изменение»), или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живоморганизме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Метаболизм обычно делят на две стадии: в ходекатаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых; в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты.

Обмен веществ происходит между клетками организма и межклеточной жидкостью, постоянство состава которой поддерживается кровообращением: за время прохождения крови в капиллярах через проницаемые стенки капилляров плазма крови 40 раз полностью обновляется с интерстициальной жидкостью. Серии химических реакций обмена веществ называютметаболическими путями, в них при участии ферментов одни биологически значимые молекулы последовательно превращаются в другие. Ферменты играют важную роль в метаболических процессах потому, что:

действуют как биологические катализаторы и снижают энергию активации химической реакции;

позволяют регулировать метаболические пути в ответ на изменения среды клетки или сигналы от других клеток.

Особенности метаболизма влияют на то, будет ли пригодна определенная молекула для использования организмом в качестве источника энергии. Так, например, некоторые прокариоты используют сероводород в качестве источника энергии, однако этот газ ядовит для животных.^[1] Скорость обмена веществ также влияет на количество пищи, необходимой для организма.

Основные метаболические пути и их компоненты одинаковы для многих видов, что свидетельствует о единстве происхождения всех живых существ.^[2] Например, некоторые карбоновые кислоты, являющиеся интермедиатами цикла трикарбоновых кислотприсутствуют во всех организмах, начиная от бактерий и заканчивая многоклеточными организмами эукариот.^[3] Сходства в обмене веществ, вероятно, связаны с высокой эффективностью метаболических путей, а также с их ранним появлением в истории эволюции.^[4][5]

В самом деле, высшие растения и микроорганизмы способны синтезировать все аминокислоты, а животные только 8— 10 из 20 незаменимых аминокислот. То же самое относится к ряду витаминов, в частности витаминов группы В. Это обусловлено мутационным изменением генетической информации в те древние времена, когда формировались типы обмена веществ у растений и животных.

Стремление природы использовать любую возможность экономии генов, необходимых для синтеза сложных белков, привело к утрате клетками высших животных 60 ферментов. В связи с этим, предполагая возможные различия в реакциях человека и животных на действие яда, следовало бы скорее исходить из «упрощенности» биохимического функционирования клеток человека и отсутствия в них ряда биологически активных элементов, однако регрессивные изменения биохимических структур животных возникли на ранних стадиях филогенеза и в этом отношении высшие позвоночные, в частности все представители млекопитающих, включая человека, «пострадали» в равной степени. Эта генетическая «патология» оказалась закрепленной отбором и стала одним из характерных признаков всего класса млекопитающих.

В отдельных случаях процесс биохимической инволюции продолжался и у высших животных. Например, этот процесс привел к исключению двух ферментов, синтезирующих витамин С из глюкуроновой кислоты, у отряда приматов (включая человека), некоторых грызунов (морские свинки), а также у ряда птиц и летучих мышей.

Различается у высших животных и цепь ферментативных реакций распада пуринов. Полный набор таких ферментов есть только у низших беспозвоночных, а затем эволюция шла по пути последовательного исключения концевых ферментов этого ряда. «Усеченная» цепь ферментов, расщепляющих белки до простых неорганических компонентов, обнаруживалась у обезьян, человека и некоторых подвидов собак.

Существенные различия человека и животных характерны для метаболизма веществ, особенно для 1-й и 2-й фаз биотрансформации, что может оказывать весьма выраженное влияние на токсико-кинетические и токсико-метрические показатели ксенобиотиков для млекопитающих. При действии большинства ядов на животных и человека у них наблюдается выраженное сходство патогенеза отравлений и редко встречаются исключения из этого правила.

В качестве иллюстрации приведем лишь один пример из огромного количества собственных и литературных данных, свидетельствующих о совпадении спектра симптомов интоксикации у человека и лабораторных животных, относящихся к классу млекопитающих.