Организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических, называются автотрофами (в переводе с греческого – «сами (себя) питающие». Автотрофы являются первичными создателями органического вещества в биосфере, они обеспечивают пищей гетеротрофов («питающихся другими»), организмы которых не способны создавать «органику» из «неорганики». Некоторые биологические виды сочетают автотрофность с гетеротрофностью. Так, например, одноклеточная водоросль эвглена зеленая на свету ведет себя как автотроф, а в отсутствие света – как гетеротроф, поглощающий органические вещества из окружающей среды.
Подавляющее большинство животных, за исключением некоторых одноклеточных организмов, являются гетеротрофами. А что вы скажете насчет растений? Скорее всего – что все растения являются автотрофами. Но на самом деле это не так. В огромном мире растений можно встретить отдельных гетеротрофов, например, широко распространенную в средней полосе нашей страны заразиху или же тропическую раффлезию. Все растения-гетеротрофы, как вы понимаете, являются паразитами, вытягивающими питательные вещества из других растений. А раффлезия, коль уж мы о ней вспомнили, представляет собой чистейшее олицетворение паразитизма. У раффлезии отсутствуют не только органоиды, в которых мог бы проходить процесс фотосинтеза, но и сами листья вместе со стеблем. А зачем они нужны? Все, что корни-присоски вытягивают из растения-хозяина, в качестве которого обычно выступают лианы, поступает прямиком в цветок. И в какой цветок! У некоторых раффлезий цветки вырастают больше метра в диаметре, а вес их может превышать 10 килограммов. Если уж паразитировать, так паразитировать!
Раффлезия
В чем состоит главная особенность автотрофного биосинтеза?
Автотрофный биосинтез является определяющим процессом жизни на Земле, так как в ходе его образуются первичные сложные органические вещества, аккумулирующие энергию в своих химических связях.
В чем состоит главная особенность гетротрофного биосинтеза?
Главной особенностью гетеротрофного биосинтеза является сочетание энергетического и синтетического процессов – разложение органических веществ, поступивших в клетку, ведет к синтезу веществ, необходимых для жизнедеятельности клетки. Разложение сложных органических веществ дает гетеротрофам не только энергию, но и материал для биосинтеза (например – аминокислоты). Основу биосинтеза в любом живом организме составляет синтез белка. Иначе и быть не может, ведь все живое на нашей планете представляет собой белковую форму жизни.
Совокупность всех реакций синтеза органических веществ в живой клетке, сопровождающихся поглощением энергии, называется пластическим обменом, а совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии – энергетическим обменом. Пластический обмен также называют анаболизмом («подъемом», в переводе с греческого), а энергетический – катаболизмом («сбрасыванием»). Широко известные анаболики – это анаболические средства, вещества, стимулирующие анаболические процессы в организме14. Существуют и «катаболики», а точнее – термодженики, препараты, стимулирующие расщепление жира посредством повышения температуры тела на 1–2 градуса. Надо сказать, что любое вмешательство в метаболизм, если только оно не проводится врачом в лечебных целях, является опасным для здоровья. Учтите это!
У аэробных организмов, живущих в кислородной среде и поглощающих кислород в процессе дыхания, выделяют три этапа энергетического обмена: подготовительный, бескислородное окисление и кислородное окисление. У анаэробных организмов, которые в кислороде не нуждаются (а также и у аэробных организмов при недостатке кислорода) третий этап отсутствует.
Подготовительный этап энергетического обмена заключается в расщеплении сложных органических веществ до простых. Полимеры расщепляются до мономеров, и этот процесс происходит при участии ферментов.
Все биохимические процессы в клетках протекают при участии определенных веществ-регуляторов, которые обеспечивают нужное течение процессов. Главными регуляторами большинства клеточных процессов являются ферменты. Им помогают витамины и гормоны. Ферменты, витамины и гормоны делают одно дело, но важно понимать разницу между этими веществами.
Ферменты – это вещества, ускоряющие биохимические реакции, которые синтезируются «по месту использования», то есть во всех клетках организма. Белковые ферменты вырабатываются в рибосомах, а РНК-ферменты – в ядре. Клетки не обмениваются ферментами.
Гормоны – это вещества, выделяемые специализированными клетками желез внутренней секреции и оказывающие регулирующее влияние на метаболические процессы. Во-первых, гормоны отличаются от ферментов тем, что они вырабатываются не всеми клетками, а только лишь «особо уполномоченными» и разносятся по организму с кровью15. Во-вторых, гормоны могут не только ускорять, но и замедлять биохимические реакции. Проще говоря, фермент – это стимулятор, а гормон – регулятор.
Витаминами называются жизненно необходимые органические вещества, участвующие в метаболических процессах, но не вырабатывающиеся в организме. Витамины мы получаем поступающими извне, с пищей. Исключение составляют витамин D, который образуется в нашей коже под действием ультрафиолетовой части солнечного излучения, и витамин A, который может образовываться из поступающих с пищей веществ-предшественников. Еще несколько витаминов вырабатываются бактериями, живущими в толстой кишке человека, но, по сути дела, то, что выработано бактериями, а не нами, можно считать поступившим извне.
Обратите внимание на то, что витамины:
– НУЖНЫ НАМ В МИНИМАЛЬНЫХ КОЛИЧЕСТВАХ (их суточные дозировки указываются в миллиграммах);
– НЕ ЯВЛЯЮТСЯ ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ОРГАНИЗМА (то есть не обладают калорийностью);
– НЕ ЯВЛЯЮТСЯ СТРУКТУРНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ ТКАНЕЙ.
Эти отличия очень важны, потому что они позволяют отделять витамины от продуктов питания. Но вообще-то, чтоб вы знали, строгого определения витаминов в биологии не существует.
И еще обратите внимание на слова «жизненно необходимые вещества». Витамины незаменимы. Если организм некоторое время не получает какой-то витамин, то развивается заболевание.
В былые времена настоящим бичом человечества была цинга, заболевание, вызванное дефицитом витамина С или аскорбиновой кислоты16. Этот витамин очень важен (да, собственно, «неважных» витаминов не существует), поскольку он участвует в синтезе белка коллагена, образующего каркас для органов и тканей. Если коллагена становится меньше необходимого или если образуются «дефективные» волокна, в которых его мало, то организм начинает «рассыпаться» – кровеносные сосуды становятся ломкими, отчего возникают множественные кровотечения, зубы выпадают, развивается анемия, снижается иммунитет… В конечном итоге человек от цинги умирает. Но на начальной стадии, пока дело не зашло очень далеко, цинга лечится просто. Достаточно дать организму необходимое количество аскорбиновой кислоты, как синтез коллагена нормализуется и симптомы быстро исчезают. Профилактика цинги тоже весьма проста – с растительной пищей взрослому человеку нужно получать в сутки около 100 миллиграмм аскорбиновой кислоты. 50 грамм черной смородины или один крупный апельсин дадут такое количество витамина.
Но самое важное – узнать причину заболевания или хотя бы установить опытным путем, чем оно лечится. С цингой человечество очень долго не могло разобраться. Первая из известных нам «эпидемий»17 цинги разразилась во время крестовых походов, участники которых подолгу питались вяленым или засоленным мясом с сухарями, то есть продуктами, в которых витамина С практически не содержалось.
В XI–XIII веках, когда рыцари пытались завоевывать Палестину, исследованием причин возникновения цинги никто не занимался. Кто-то считал цингу наказанием за грехи, кто-то – порчей, насланной врагами, кто-то связывал ее с плохой водой… С окончанием крестовых походов цинга исчезла, чтобы вернуться во второй половине XV века с началом первых кругосветных мореплаваний. Надо сказать, что крестоносцам было легче. Они шли по земле, а не плыли по воде, и потому не были полностью оторваны от растительной пищи. Хоть что-то им иногда перепадало – лук, чеснок, морковь, яблоки, сливы и прочие дары природы. На кораблях же такой пищи не было совсем. Моряки во время плаваний питались лишь галетами и солониной. Свежая пища, в том числе и растительная, оказывалась на столах только во время стоянок, ну еще немного можно было взять с собой и есть примерно в течение недели после отплытия, но не более того.
Португальский мореплаватель Васко да Гама, доплывший в конце XV века вокруг Африки до Индии, потерял из-за цинги более 60 % своего экипажа! Британец Джордж Ансон за время кругосветного плавания, растянувшегося на 4 года, потерял три четверти своего двухтысячного экипажа, и бо`льшую часть потерь «обеспечила» цинга.
Моряки, в отличие от крестоносцев, не только страдали от цинги, но и пытались установить причину этого страшного заболевания. Было ясно, что цинга связана с длительным плаванием, но что именно ее вызывает? Сначала грешили на «плохой» морской воздух, затем стали подозревать, что цингу вызывает тяжелая матросская работа, была даже версия, связывающая цингу с вынужденным половым воздержанием… Наконец-то люди задумались о том, а не виновата ли во всем пища, но, начав мыслить правильно, свернули не туда, куда было нужно. Вместо того, чтобы подумать о рационе, решили, что причина в плохом переваривании пищи, вызванном не то самим морем, не то нелегкой морской службой. Ход рассуждений был примерно таким – во время плавания пища плохо переваривается и начинает гнить в кишечнике, это гниение постепенно распространяется по всему организму, вызывая цингу. Как с этим бороться? Да очень просто! У гниющей пищи реакция щелочная, поэтому для лечения цинги надо принимать внутрь что-то кислое.