Читать книгу Ремдеализм. Тем, кто ищет правильный путь - - Страница 18

Изучение вопроса живых существ, как и любых других объектов, наиболее целесообразно вести от самых основ, то есть от их внутреннего строения.

В отношении данного аспекта имеется множество различных истин. Одна из основных из них заключается в том, что все живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и все остальные объекты вселенной.

Всего в составе любой живой клетки (основного структурного элемента всех живых существ, не считая вирусов) находятся около 60 различных химических элементов.

Наибольшее количество среди всех этих элементов приходится на долю кислорода, углерода, водорода и азота. В сумме эти четыре элемента составляют почти 98% всего содержимого любого живого организма.

Есть и такие элементы, как сера, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций и железо. Их количество не превышает 1,9%. Других элементов в общем не более 0,1%.

Атомы всех этих химических элементов сгруппированы строго определенным образом в особые вещества. Данные вещества называются органическими, так как встречаются только в структуре живых организмов.

К числу отличительных особенностей молекул этих веществ относится то, что все они имеют огромные размеры, высокую упорядоченность и колоссальную сложность строения.

Белки. Самыми сложноустроенными среди подобных, присутствующих в структуре живых организмов, веществ являются белки.

Молекулы белков представляют собой упорядоченные особым образом конструкции, которые имеют огромные, по сравнению с молекулами других веществ, размеры и сложность строения.

Каждое живое существо содержит громадное количество различных белковых молекул. При этом каждому виду живых существ присущи свои особенные, свойственные только ему, белки.

Составными элементами белков являются аминокислоты. Они состоят из атомов водорода, кислорода, азота и углерода, а также, в небольших количествах, из атомов серы, фосфора, железа, цинка, меди и других элементов, объединенных также строго определенным образом.

Аминокислот на Земле примерно 240 видов, но в формировании белков всех живых организмов, участвуют всего 20 из них.

Каждый отдельновзятый вид белка образован определенным количеством аминокислот этих 20 видов, расположенных в строго определенной последовательности.

Использование небольшого количества аминокислот в реальности не ограничивает разнообразия белков. И возможно это благодаря тому, что в структуре того или иного вида белка объединено в единую цепь огромное количество молекул аминокислот.

Учитывая то, что из цепочки, состоящей из всего лишь 5 аминокислот может быть образовано более 3 млн видов белка, а цепочка, состоящая из 100 молекул аминокислот имеет 10¹³⁰ вариантов, то аминокислот в количестве 20 единиц оказывается более чем достаточно.

Аминокислоты, будучи составными элементами белков, сами также являются составными молекулами. Все они состоят из двух частей. Одна часть у всех у них одинакова. Эта часть необычна по своей структуре – в ней присутствует одновременно два противоположных по свойствам элемента, один из которых представляет собой кислоту, другой – основание.

Благодаря этому аминокислоты могут взаимодействовать как с кислотами, так и с щелочами. Что, в свою очередь, и является причиной их способности объединяться в огромные комплексные молекулы.

Другая часть, называемая радикал или остаток, у всех аминокислот разная. В радикалы одной половины из них включены группы атомов, обладающие гидрофильными свойствами, а значит способные взаимодействовать с молекулами воды. Радикалы другой половины наделены гидрофобными, водоотталкивающими свойствами. По причине чего, они плохо или вовсе не растворимы в воде. И те, и другие свойства радикалов участвуют в формировании структуры белков.

Для образования белковых молекул соединение аминокислот происходит по общему для всех них принципу. Посредством прочной ковалентной связи, называемой пептидной связью. В подобных связях в соединении находятся крайний атом углерода одной аминокислоты и атом азота другой, соседней, аминокислоты.

Все аминокислоты делятся на правосторонние D-аминокислоты и левосторонние L-аминокислоты. К числу особенностей белковых молекул живых организмов относится то, что в их составе находятся только L-аминокислоты.

Помимо всего прочего, каждый вид белка имеет еще и свою форму. А также особенности геометрического расположения своих составных частей.

То есть, помимо того, что они собраны упорядоченным образом, они еще и скручены определенным образом. И каждому белку свойственен свой строго определенный характер укладки.

Выглядит всё это следующим образом. Первоначально цепь из аминокислот полностью или частично закручена в спираль. При этом сделано это таким образом, что радикалы аминокислот остаются снаружи, а витки спирали располагаются плотно друг к другу. Настолько плотно, что между атомами водорода в одном витке и атомами кислорода в соседнем образуются водородные связи. Которыми эта спираль скрепляется и стабилизируется.

Цепь из аминокислот, связанных между собой ковалентными связями, свернутая в спираль и скрепленная многочисленными водородными связями, представляет собой достаточно прочную структуру.

Далее цепь, закрученная в спираль, сворачивается замысловатым образом. На этом уровне укладки она сворачивается своеобразно, но для каждого вида белка строго определенно и постоянно.

В результате возникает определенная конфигурация, которая стабилизируется в таком положении благодаря водоотталкивающим свойствам определенных аминокислот при взаимодействии с окружающими молекулами воды.

На следующем уровне несколько белковых молекул образуют надмолекулярную структуру. Образуется она в результате объединения нескольких молекул белка, как идентичных, так и различающихся по своей структуре, в единый комплекс.

Таким образом, каждый отдельновзятый вид белка в итоге состоит:

во-первых, из строго определенного количества аминокислот,

во-вторых, только из аминокислот определенных видов,

в-третьих, которые объединены в строго определенной последовательности,

в-четвертых, аминокислот только 20 избранных видов,

в-пятых, только L-формы,

в-шестых, соединенных друг с другом только пептидной связью,

в-седьмых, с образованием особой пространственной конфигурации.

Каждая молекула белка содержит в среднем от нескольких десятков, до нескольких десятков тысяч молекул аминокислот, объединенных между собой с соблюдением всех вышеперечисленных условий.

И каждый вид белка выполняет свои строго определенные функции. А отсутствие в любой живой клетке хотя бы одного, из существующих в строении данного вида организмов, белка приводит к ее нежизнеспособности.

ДНК. Другими, не менее важными и не менее сложными веществами, входящими в состав всех живых существ, являются дезоксирибонуклеиновые кислоты, сокращенно ДНК.

Молекулы этих веществ, также как и молекулы белков, существуют в виде огромных, сложных, строго упорядоченных конструкций. Составными элементами этих молекул являются нуклеотиды – вещества, состоящие из азотистого основания, углевода (дезоксирибозы) и фосфорной кислоты.

Существует 4 вида нуклеотидов. Углевод и фосфорная кислота у всех 4 видов одинаковы. Отличаются нуклеотиды друг от друга только азотистыми основаниями. В соответствии с которыми им и даны названия. Нуклеотид с азотистым основанием аденин сокращенно называют А-нуклеотидом, с гуанином – Г, с тимином – Т, с цитозином – Ц.

Любая молекула ДНК состоит из огромного количества молекул нуклеотидов всех четырех видов, соединенных между собой в строго определенной последовательности. И представляет каждая из них собой огромную сложноустроенную молекулу, имеющую вид двух спирально закрученных, сплетенных друг с другом «в косичку» длинных нитей.

То есть, макромолекула ДНК имеет форму двойной спирали и состоит из двух связанных друг с другом нитей. Каждая из которых является по сути длинной цепью из соединенных между собой в строго определенном порядке нуклеотидов. При этом у каждого живого существа в молекуле ДНК заложено свое количество и своя последовательность этих элементов.

Нуклеотиды в каждой нити соединены между собой прочной ковалентной связью, через углевод одного и фосфорную кислоту соседнего нуклеотида.

Сами нити, в свою очередь, тоже связаны между собой. Существует эта связь благодаря тому, что в каждой молекуле ДНК азотистые основания нуклеотидов одной ее нити пристыкованы к азотистым основаниям нуклеотидов другой нити.

Азотистые основания противоположных нитей скрепляются между собой водородными связями. При этом осуществляется их соединение всегда с соблюдением одного строгого правила.

Которое, к слову, как и любое другое правило, существующее в природе, естественно не могло взяться само по себе. И соблюдаться на протяжении миллиардов лет, с момента появления первых живых организмов, самопроизвольно.

Данное правило называется принципом комплементарности. Заключается оно в том, что аденин одной цепи соединяется только с тимином в противоположной цепи. А гуанин соединяется только с цитозином из противоположной цепи.

При таком сочетании нуклеотидов в двойной спирали обеспечивается одинаковое по всей длине расстояние между нитями. А также образование между ними, а точнее между их основаниями, лежащими друг напротив друга, максимального числа водородных связей. Что необходимо для обеспечения прочного соединения нитей ДНК, и сохранения при этом особых свойств молекулы ДНК в целом.

Главным из свойств, присущих молекуле ДНК и имеющим большое значение для живых существ, является ее способность к удвоению. Это главная характерная особенность этой молекулы, которая заключается в том, что одна такая молекула способна превратиться в две молекулы. При этом каждая из вновь образованных молекул будет точной копией первоначальной.

В основе данной особенности находится то, что водородные связи, скрепляющие две спирально закрученные нити ДНК, не ковалентны и поэтому при определенных условиях легко разрываются и восстанавливаются. То есть, цепочки нуклеотидов при определенных условиях способны раскручиваться и отделяться друг от друга.

Разделение происходит при воздействии определенных белков-ферментов. При взаимодействии с этими белками двойная спираль ДНК, благодаря своим характерным особенностям, не распадается на составные части, а начинает раскручиваться с одного конца.

К каждой из двух, отделяющихся друг от друга, нитей в процессе удвоения достраивается из находящихся в окружении свободных нуклеотидов новая нить, идентичная первоначальной.

Происходит это также по принципу комплементарности. То есть к аденину в исходной цепочке пристыковывается тимин, к цитозину – гуанин, к тимину – аденин и к гуанину – цитозин. И так по всей длине, вне зависимости от того какой длины была первоначальная цепочка нуклеотидов.

Цепочки нуклеотидов, достроенные к каждой из нитей, являются полными копиями, тех нитей с которыми были переплетены первоначальные нити в молекуле ДНК. В результате этого и возникает удвоение, и на месте одной возникают две молекулы ДНК.

Длина молекулы ДНК может достигать сотен тысяч нанометров. То есть, длина подобной молекулы в несколько тысяч раз больше самых больших белковых молекул в развернутом виде.

В связи с этим, молекула ДНК, чтобы она могла уместиться в клетку, также как и молекулы белков была скручена определенным образом. То есть, две цепочки нуклеотидов, переплетенные между собой «в косичку», теперь уже вместе, свернуты винтообразно. В таком суперскрученном состоянии обычно и находятся данные молекулы в клетках.

Еще одним важнейшим свойством ДНК является взаимосвязь с молекулами белков организма, которому она принадлежит.

Заключается эта взаимосвязь в том, что в ДНК закодирована информация о структуре белков, из которых состоят все составные элементы живого организма. То есть, обо всех белках организма, которому она принадлежит.

Данная информация закодирована посредством молекулярной системы кодирования. Суть данной системы кодирования заключается в следующем: молекула ДНК представляет собой цепь из последовательно расположенных нуклеотидов, а белок – это цепь из последовательно расположенных аминокислот. Определенным сочетаниям последовательно расположенных нуклеотидов в молекуле ДНК соответствуют определенные аминокислоты в молекулах белка. Причем каждой аминокислоте в молекуле белка соответствует сочетание из трех нуклеотидов в цепи ДНК.

Участок молекулы ДНК, содержащий информацию о том, в какой последовательности расположены аминокислоты в одном белке, называется ген. В организмах даже самых маленьких вирусов и бактерий присутствует от нескольких сотен до нескольких тысяч разных видов белков. Соответственно количество генов, в молекулах их ДНК также достигает нескольких тысяч.

Всё это говорит о том, что в отношении ДНК, как и в отношении белков имеется большое разнообразие, а также глубокая продуманность в строении и в функционировании их структурных элементов.

РНК. Еще одним видом веществ, находящимся в составе живых существ, являются рибонуклеиновые кислоты (РНК).

Структура молекул РНК идентична структуре ДНК. Они также представляют собой цепочки, состоящие из большого числа нуклеотидов 4 видов, расставленных в строго определенных последовательности.

Но в отличие от ДНК они одноцепочные. Кроме того, углевод в РНК не дезоксирибоза, а рибоза. И вместо азотистого основания тимина в ней находится другое, близкое по строению основание, называемое урацил.

Среди РНК имеются рибосомные-РНК, матричные-РНК и транспортные-РНК.

Рибосомные-РНК – это молекулы РНК, которые входят в структуру рибосом – молекулярных устройств, осуществляющих производство белка.

Матричные-РНК – это молекулы РНК, которые являются копией того или иного участка ДНК. Они необходимы для передачи информации, закодированной в ДНК, рибосомам.

Транспортные-РНК – это небольшие молекулы РНК, состоящие примерно из 80 нуклеотидов и выполняющие функцию транспортировки аминокислот к рибосомам.

Для осуществления этих функций транспортные-РНК имеют особую структуру. Особенность этой структуры в том, что на ее верхнем дугообразном участке находится тройка нуклеотидов, соответствующая определенной аминокислоте.

Каждый вид транспортной-РНК, благодаря такому строению, способен транспортировать и помещать в рибосомы только определенный вид аминокислоты. Например, аминокислоту аргинин транспортирует только аргининовая транспортная-РНК, аминокислоту глицин – только глициновая транспортная-РНК и так далее.

Таким образом, РНК – это вещество, которое в клетках представлено в форме нескольких различных типов, каждый из которых имеет свои особенности строения и выполняет свои строго установленные функции. При том, что в целом основным назначением молекул РНК всех типов является обеспечение связи между ДНК и белками.

Углеводы. Помимо белков и нуклеиновых кислот, к веществам, которые присутствуют в живых организмах, относятся также углеводы.

Углеводы – это вещества, молекулы которых также представляют собой сложные соединения, образованные путем объединения атомов углерода, кислорода и водорода.

Самыми простыми из углеводов являются моносахариды – бесцветные растворимые в воде вещества. Самые распространенные из них – это глюкоза, фруктоза, рибоза и дезоксирибоза.

Простые углеводы имеют особое строение, благодаря которому они могут быть объединены в сложные углеводы, называемые полисахариды.

Молекулы сложных углеводов, полисахаридов, представляют собой длинные линейные или разветвленные цепочки простых углеводов, соединенных гликозидной связью.

Свойства высокомолекулярных сложных углеводов значительно отличаются от свойств простых углеводов из которых они состоят.

В клетке, богатые энергией, сложные углеводы подвергаются глубокому расщеплению. В ходе этого процесса высвобождается энергия, используемая для осуществления клетками живых организмов различных форм активности.

Простые углеводы, такие как рибоза и дезоксирибоза, присутствуют также и в конструкции других сложных молекул, а именно нуклеиновых кислот, играющих главнейшую роль в сохранении и передаче информации в живых организмах.

АТФ. К числу наиболее важных веществ, из имеющихся в живых существах, относится также аденозинтрифосфорная кислота, или сокращенно АТФ.

Данное вещество является нуклеотидом, в состав которого включены азотистое основание аденин, углевод рибоза и 3 остатка фосфорной кислоты.

АТФ – это очень неустойчивая конструкция. В живых организмах она является одним из самых часто обновляемых веществ.

Особенность АТФ заключается в том, что при гидролизе связей ее элементов освобождается существенное количество энергии. Так, при отщеплении одного моля фосфорной кислоты освобождается почти 40 кДж.

При этом отщепление одной молекулы фосфорной кислоты, приводит к тому, что АТФ преобразуется в АДФ аденозиндифосфорную кислоту, если две – то в аденозинмонофосфорную кислоту.

Освободившаяся энергия используется в клетках во всех процессах, протекающих с затратами энергии. Соответственно, АТФ – это вещество, которое является универсальным источником энергии для всех биохимических процессов, происходящих в живом организме.

Вода. Еще одним из важнейших веществ является вода. Вода в количественном соотношении стоит на первом месте среди всех веществ, существующих в структуре всех живых организмов. Она составляет почти 80% массы любой клетки. Именно она определяет такие физические свойства, как объем и упругость клетки.

Кроме того, вода включена в процесс формирования и стабилизации структур сложных веществ живого организма, в частности структуры белков.

Также вода обладает свойствами растворителя: многие вещества поступают в клетку из внешней среды в водном растворе и так же при помощи воды отработанные продукты выводятся из нее. Помимо этого, вода является непосредственным участником многих химических реакций.

Это вещество распространено как в живой, так и в неживой материи, и имеет относительно простое строение своих молекул, но значимость ее ничуть не меньше всех остальных элементов живого организма.

Из всего этого мы можем заключить следующее. Все живые существа состоят из строго определенных веществ, все разновидности молекул которых представляют собой своего рода конструкторы, состоящие из огромного количества деталей. Каждая из которых имеет свое особое строение и необходима для выполнения определенных функций.

То есть, если на уровне атомов живые существа состоят из тех же элементов, что и объекты неживой природы, то уже на следующем молекулярном уровне они состоят из уникальных объектов, со своеобразной структурой, встречающейся только в них.

Забегая вперед, в отношении органических веществ также следует сказать и то, что молекулы данных веществ состоят в различных, взаимосвязанных между собой особых биологических устройствах. Выполняющих строго определенные задачи.

На следующем еще более высоком уровне уже сами эти биологические устройства входят в состав еще более сложных и упорядоченных структур.

При этом сами эти структуры входят в состав еще более сложных систем, а те в свою очередь, находятся в составе систем еще более высокого уровня. И так далее вплоть до структур организмов в целом.