Введение

Жизнь на планете возникла в отсутствие кислорода, но первые анаэробные организмы (прокариоты) уже 3,5 млрд. лет тому назад осуществляли процессы гликолиза и пентозофосфатного пути. Развитие иерархии систем регуляции в филогенезе шло по пути приспособления к среде обитания. В ходе эволюции обмена веществ отбор способствовал закреплению тех процессов, которые позволяли использовать по-новому химическую среду обитания.

В настоящее время в живой природе встречаются многие тысячи различных химических веществ и протекают тысячи разнообразных химических превращений. Часть этих веществ и превращений свойственна всем представителям живой природы, другие встречаются лишь у определенных систематических групп живых организмов.

Все живые объекты состоят из неживых молекул, которые вне клетки подчиняются всем физическим и химическим законам, определяющим поведение неживого вещества. Живые организмы обладают рядом необычных свойств, отсутствующих в скоплениях неживой материи. Среди этих свойств можно выделить четыре основных:

1. Сложность и высокий уровень организации.

Живые организмы содержат многочисленные химические соединения разнообразного строения и обладают усложненной внутренней структурой. Напротив, окружающая среда - почва, вода и пр. - это неупорядоченные

смеси относительно простых химических соединений.

2. Каждая составная часть живого объекта имеет специальное назначение и выполняет определенную функцию.

3. Извлечение из окружающей среды энергии для построения и поддержания своей сложной структуры. При этом в качестве сырья используются простые химические соединения.

4. Самое удивительное свойство живого - способность к точному самовоспроизводству. Это основополагающее свойство жизни.

Т.о. можно сказать, что жизнь представляет собой макромолекулярную систему, осуществляющую регулируемый обмен веществ и энергии, а также процесс самовоспроизведения.

Минимальная структурная единица этой системы - клетка (Рис.4.1 ), в которой имеется 6 обязательных надмолекулярных образований или органелл:

1. Клеточная мембрана отграничивает содержимое клетки от внешней среды и, тем самым, поддерживает постоянство внутренней.

2. Митохондрии - уникальные образования, в которых происходит запасание и высвобождение энергии химических связей.

3. Ядро - место локализации молекул-носителей генетической информации (ДНК).

4. Рибосомы - органеллы, на которых реализуется генетическая информация путем синтеза биомолекул по матрице из ядра.

5. Лизосомы содержат внутри вещества (ферменты), расщепляющие сложные соединения на более простые.

6. Аппарат Гольджи участвует в образовании лизосом и клеточных мембран.

Основной чертой многоклеточного организма является распределение функций между различными типами клеток. Высокоспециализированные клетки многоклеточных организмов формируют ткани из которых состоят органы. Последние, у высших животных, обеспечивают сложный процесс - обмен веществ, который носит название метаболизм. Так усвоение пищи происходит в системе пищеварительных органов: ротовой полости, пищевода, желудка. К ней также относится поджелудочная железа, которая обеспечивает систему рядом пищеварительных ферментов, и печень, которая продуцирует желчь, необходимую для переваривания жиров.

В таких условиях все сложные по химическому строению вещества превращаются в более простые, поступают в кровь и доставляются ко всем органам и тканям организма. Кишечник, почки и легкие выделяют побочные продукты (конечные метаболиты). Печень играет ведущую роль в обезвреживании (детоксикации) чужеродных соединений и эндогенных токсических веществ. Все эти процессы осуществляются под контролем нейрогуморальной системы и в большинстве случаев при участии иммунной системы.

Биологическая химия представляет собой науку о веществах, из которых состоят живые организмы и о химических процессах жизнедеятельности. Структуру, классификацию и свойства веществ изучает статическая биохимия, а процессы превращения этих веществ в организме - динамическая биохимия. Биохимические процессы, происходящие в отдельных органах и тканях, изучает функциональная биохимия.

Живая материя нуждается всего в 22-х химических элементах из 100 присутствующих в земной коре, причем у большинства организмов на углерод, водород, азот и кислород приходится 99% общей массы. Из внешней среды эти вещества поступают в организм в виде окиси углерода, воды и атмосферного азота и называются в иерархии молекулярной организации клеток низкомолекулярными веществами-предшественниками. Они через ряд промежуточных продуктов метаболизма превращаются в биомолекулы большего молекулярного веса, которые играют роль строительных блоков. В дальнейшем эти блоки объединяются между собой посредством ковалентных связей в макромолекулы, такие как: белки, нуклеиновые кислоты, липиды, полисахариды. На более высоком уровне организации макромолекулы разных групп объединяются в надмолекулярные комплексы (липопротеиды - это липиды + белки, рибосомы - это нуклеиновые кислоты + белки), а из уже из них образуются клеточные органеллы. Два последних уровня организации основаны на нековалентных взаимодействиях.